/
Текст
ЭМАЛИРОВАНИЕ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
ИЗДЕЛИЙ
Под общей редакцией
проф. В. В. ВАРГИНА
Издание второе,
переработанное и дополненное
Уфимски» XU- •
Тг-’.;. ..С.
Б И Йг л
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
ЛЕНИНГРАД 19 7 2
УДК 666.293
Эмалирование металлических изделий. Под общей редак-
цией В. В. Варгина. Л., «Машиностроение», 1972, 496 стр.
Табл. 70. Илл. 154. Библ. 384 назв.
В книге приведены общие сведения о наиболее употребитель-
ных сырьевых материалах, процессах варки эмалей. Подробно
описаны эмалеварочные печи, а также свойства и приготовление
шликеров. Технология эмалирования металлов рассматривается
применительно к отдельным видам изделий.
Дано описание эмалирования стальной и чугунной посуды,
химической аппаратуры, санитарно-технических изделий. Опи-
саны новые виды производства: эмалирование труб, архитек-
турно-строительных деталей, изделий из алюминия, получение
жаропрочных покрытий на стали.
Второе издание книги по сравнению с первым (1962 г.)
значительно переработано и дополнено новыми материалами.
Большой переработке подверглись разделы об эмалировании
химической аппаратуры, чугунных изделий, о жаропрочных по-
крытиях и др.
Книга предназначена для инженерно-технических работни-
ков заводов и НИИ, занимающихся вопросами эмалирования
металлов, а также может быть полезна студентам и преподава-
телям вузов.
3-12—5
92—72
Рецензент канд. техн, наук В. Н. Матвиенко
ПРЕДИСЛОВИЕ
Директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану раз-
вития народного хозяйства СССР намечено увеличение выпуска
продукции по машиностроению и металлообработке в 1,7 раза,
в том числе товаров народного потребления в 2,2 раза. Преду-
сматривается развитие отделочных производств в отраслях обра-
батывающей промышленности. В связи с этим эмалирование ме-
таллических изделий в ближайшее время получит еще более широ-
кое применение.
Благодаря дешевизне материалов, необходимых для изготовле-
ния эмалированных изделий, быстроте и экономичности процесса
эмалирования, высоким эксплуатационным и декоративным каче-
ствам эмалированного металла эмалирование широко применяется
при изготовлении предметов домоустройства, посуды, химической
аппаратуры. В технике эмалированные черные металлы исполь-
зуют для замены цветных металлов и высоколегированных сталей.
В последнее время эмалевые антикоррозионные покрытия при-
меняются для защиты трубопроводов. Развивается производство
архитектурно-строительных деталей из эмалированной стали и
алюминия. Для защиты металлов от воздействия высоких темпе-
ратур используют жаропрочные эмалевые покрытия.
Технология эмалирования изделий различного назначения
имеет специфические особенности, которые определяются назна-
чением изделий, их размерами, видом применяемых металлов
и эмалей. Эмалированные изделия.изготовляются специализиро-
ванными заводами, а также цехами при крупных предприятиях
различных отраслей промышленности.
В настоящей книге рассматриваются в основном вопросы тех-
нологии эмалирования изделий. Ранее изданные в Советском Союзе
книги по эмалированию металлов посвящены физико-химическим
основам процессов эмалирования либо относятся только к техно-
логии эмалирования посуды и санитарно-технических изделий.
Технология эмалирования в них дана только в общем виде.
В первой части книги изложены вопросы технологии эмали,
во второй — технологии эмалирования отдельных видов изделий.
Такой принцип разделения соответствует современному эмали-
ровочному производству. Заводы, изготовляющие эмали, должны
снабжать предприятия, осуществляющие эмалирование изделий
1* 3
различных видов, готовыми эмалевыми фриттами, а иногда и гото-,
выми шликерами эмалей. Изготовление фритт на небольших пред-
приятиях нецелесообразно, так как потребность в них слишком
невелика, для того чтобы можно было осуществить наиболее
рациональный непрерывный технологический процесс изготовле-
ния эмали и обеспечить необходимое качество ее.
В книге не приведены описания физико-химических свойств
эмалей и эмалевых покрытий. Методы расчета наиболее важных
свойств даны в приложении, методы определения некоторых
свойств — в гл. VIII. Приведенная литература включает в основ-
ном работы, опубликованные после 1960 г.; ссылки на более ран-
ние источники можно найти в первом издании книги.
Авторами книги являются как заводские работники, так и ра-
ботники научно-исследовательских институтов и вузов.
Критические замечания о книге будут приняты авторами с бла-
годарностью.
ТЕХНОЛОГИЯ
, ЭМАЛИ
Глава I
СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПРИГОТОВЛЕНИЕ ШИХТЫ
1. СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Сырьевые материалы для изготовления эмалей обычно делят
на две группы: материалы для введения стеклообразующих
окислов (кислотных, щелочных, амфотерных) и вспомогательные
материалы (окислители, окислы сцепления, глушители, краси-
тели). Такое деление, однако, условно. На заводах принято
разделять сырьевые материалы на природные и синтетические
(химикаты). Природные материалы не имеют постоянного хими-„
ческого состава и обычно содержат примеси, а синтетические имеют
постоянный химический состав в пределах, предусмотренных
соответствующими ГОСТами или ТУ. .
В книге кратко описаны некоторые природные материалы,
нашедшие применение в отечественной эмалировочной промышлен-
ности. Подробное описание широко применяемых в эмалировоч-
ной промышленности материалов см. [1, стр. 91—111, 2, стр. 272—
297; 3, стр. 64—128].
Характеристики, необходимые для расчетов, и некоторые
свойства синтетических материалов даны в табл. 1—6.
Природные сырьевые материалы. Природные сырьевые мате-
риалы необходимо подвергать анализу для определения содержа-
ния в них основного вещества и важнейших примесей, которые
могут существенно влиять на свойства эмалей. Особое внимание
следует обращать на примеси, которые могут окрашивать в неже-
лательный цвет белые эмали — окислы хрома, железа. Сырьевые
материалы, содержащие такие примеси в больших количествах,
нельзя использовать для изготовления белых, в особенности ти-
тановых эмалей. Для изготовления грунтов такие примеси вполне
допустимы.
Кварцевый песок — материал для введения главного стекло-
образующего окисла — кремнезема. Для изготовления эмалей
применяют кварцевые пески различных месторождений. Содержа-
ние SiO2 и обычных примесей в песках приведены в табл. 1.
Полевые шпаты и пегматиты часто также применяют для введе-
ния в состав эмали кремнезема; одновременно вводятся глинозем
5
Таблица!
Химический состав некоторых природных сырьевых материалов (в вес. %)
Наименование материала S1O2 ТЮ2 A12O3 Fe2O3 CaO MgO K2O + + Na2O ппп. гост
Кварцевые пески 95,0—99,5 0—0,2 0,01—1,5 0,02—0,5 0,1—1,0 0,01—0,2 0—0,3 0,1—0,6 7031—54
Кварц молотый 99,1 0,03 0,001 0,006 0,004 0,0015 9077—59
Полевые шпаты и 61,5—75,0 11,0—22,4 0,15—2,9 0,6—2,8 0—0,8 7,0—18,3 7030—67
пегматиты 13451—68
Каолины и глины 44—57 0—1,9 23—40 ' 0,2—2,3 0,2—4,3 0—0,6 0,4—1,0 6—14 6138—61
Бентонит 72 0,3 14,3 1,2 1,5 2,8 1,8 5,1 7032—54
Перлит 72—75 13—15 0,1—0,4 0,1—1,1 0,3—0,6 5—8 2,3—4,5 —
Андезит 57—60 17—19 6—8 5,3—5,8 2,5—3,0 5,4—6,4 0,3—1,0 —
Таблица 2
Химический состав некоторых минералов, доменных шлаков н марганцевой руды (в вес. %)
Наименование материала SiO2 А120з Fe2Os В20з МпО2 СаО MgO CaF2
Мелы 0,3—11,3 0,1—1,7 0,1—0,3 — — 47,0—56,7 0,1—0,8
Известняки 0—10,0 0,1—3,7 0—0,8 — — 53,3—56,0 0—0,7 —
Доломиты 0,7—7,9 0,3—1,4 0,3—0,4 — — 25,0—32,7 17,4—21,1 —
Магнезиты 0,1—0,2 0,5—0,7 До 1 — — 0,1—0,4 46,9—47,5 —
Флюорит (плавиковый шпат) 2—12 0,1—0,9 0,2—0,4 — — 0,2—0,6 — 86—97
Доменные шлаки 35—65 5—20 До 5 — До 2 30—45 — —
Марганцевая руда 6,7—13,3 — — 0,4—0,6 75—90 — — —
Таблица 3
Химический состав боросодержащих минералов и концентратов (в вес. %)
Наименование материала SiO2 А12Оз Fe2O3 B2OS CaO MgO
Данбуритовый концен- трат 39,0— 49,9 1,7— 2,6 1,8— 2,4 20,0— 21,6 22,3— 30,0
i Датолитовый концен- трат 40—45 1,5— 2,0 3—4 15—16 34—35
Борат кальция 1,1—2,0 0,1— 0,4 40,3— 44,7 35,0— 36,6 0,3— 0,4
и окислы щелочных металлов. Состав полевых шпатов и пегмати-
тов колеблется в весьма широких пределах (табл. 1).
Кремнезем и глинозем вводятся в состав эмалей также каоли-
ном и глиной, окись кальция — мелом, а совместно с окисью
магния — доломитом (табл. 2).
Для введения борного аноидрида взамен синтетических мате-
риалов — борной кислоты и буры — в последнее время исполь-
зуют обогащенные природные материалы — данбурит и датолит,
а также продукт их переработки — борат кальция [4, 5]. Дан-
бурит представляет собой боросиликат кальция, отвечающий
формуле CaO-B2O3-2SiO2. Данбуритовый концентрат — продукт
переработки данбуритовой руды методом магнитной Сепарации
и флотации. Датолит по сравнению с данбуритом содержит больше
окиси кальция (2CaO-B2O3-2SiO2-H2O). Состав данбуритового
и датолитового концентратов приведен в табл. 3. При использо-
вании этих материалов одновременно с борным ангидридом вво-
дится окись кальция.
Для введения двуокиси титана используют рутиловый кон-
центрат [6], который можно применять для изготовления грунтов
и окрашенных эмалей; для белых эмалей он непригоден из-за
содержания красящих примесей. Для введения фтора применяют
плавиковый шпат—-флюорит — в виде обогащенного концентрата
(табл. 2).
Соединения лития обычно применяют синтетические. В природ-
ных материалах — минералах лепидолите и Сподумене при сравни-
тельно небольшом содержании Li2O содержится много А12О3,
что ограничивает возможность их использования.
Имеются предложения об использовании для изготовления
эмалей некоторых вулканических горных пород, в частности пер-
лита и андезита [7]. С применением андезита, например, были
получены кислотоустойчивые эмали. Проводятся работы по изуче-
нию возможности использования в качестве сырьевых материалов
для изготовления эмалей металлургических шлаков [8] и отходов
стекла [9].
7
Таблица 4
Синтетические материалы (химикаты)
Наименование материала Содержание основного компонента н примесей в % ГОСТ нлн ТУ
Алюминия окись А12О не менее 94—98 Fe2O3 » более 0,15 SiO2 » » 0,6 Na2O » » 0,7 ГОСТ 6912—64
Барий азотнокислый Ba (NO3)2 не менее 99 ВаС12 » более 0,1 ГОСТ 1713—53
Барий углекислый ВаСО3 не менее 97,5 Fe2O3 » более 0,15 СО2 » » 23,3 ГОСТ 2149—65
Борная кислота В2О3 56,4 Н2О 43,6 ГОСТ 2629—44
Бура (кристаллическая) Na2B4O7 не менее 49,5 Na2CO3 » более 0,7 Na2SO4 » » 0,5 ГОСТ 8429—69
Железа окись Fe2O3 не менее 98 SO4 » более 0,12 ГОСТ 4173—66
Калий азотнокислый KNO3 не меиее 98—99 ГОСТ 1949—65
Калий углекислый (по- таш) К2СО3 не менее 93 ГОСТ 10690—63
Калий двухромовокислый (хромпик) К2Сг2О7 не менее 98 ГОСТ 2652—67
Кальций углекислый СаСО3 не менее 98 ГОСТ 12085—66
Криолит (технический) F не менее 53 А1 » » 13 Na » более 32 SiO24-Fe2O3 » » 0,6 ГОСТ 10561—63
8
Продолжение табл. 4
Наименование материала Содержание основного компонента и примесей в % ГОСТ или ТУ
Кобальта окись Со2О3 не менее 65 Ni не более 0,5 Fe » » 0,05 S » » 0,25 ГОСТ 4467—48
Литий углекислый Li2CO3 не менее 65 МРТУ 6-09-4806—67
Магний углекислый MgO не менее 44,5 ГОСТ 6419—68
Магния окись (жженая магнезия) MgO не менее 89 СаО » более 1,2 ГОСТ 844—41
Марганца двуокись МпО2 не менее 85 ГОСТ 4470—48
Меди закись Си2О не менее 90 МРТУ 6-09-1451—64
Меди окись СиО не менее 99 ГОСТ 4468—48
Натрий азотистокислый (нитрит натрия) NaNO2 не менее 98 NaNO3 » более 1—2,5 ГОСТ 6194—69
Натрий азотнокислый (нитрат натрия, селитра) NaNO3 не менее 98 NaNO2 » более 0,2 ГОСТ 828—68
Натрий углекислый (сода кальцинированная) Na2CO3 не менее 95 NaCl » более 1 Fe2O3 » » 0,05 ГОСТ 5100—64
Натрий кремнефтористый Na2SiFe не менее 95 ГОСТ 87—66
Натрий фтористый NaF не меиее 84—94 Na2CO3 » более 2 ГОСТ 2871—67
Натрий фосфорнокислый однозамещенный NaH2PO4-2H2O не ме- нее 98 ГОСТ 245—66
Натрий фосфорнокислый двухзамещенный Na2HPO4 12Н2О не ме- нее 92 ГОСТ 451—41
Натрий фосфорнокислый трехзамещенный Na3PO4-12H2O не ме- нее 23,7 (в пересчете на РО4) ГОСТ 9337—60
Никеля закись Ni не менее 78 Fe » более 0,03 ГОСТ 10932—64
9
Продолжение табл. 4
Наименование материала Содержание основного компонента и примесей в % ГОСТ илн ТУ
Никеля окись Ni не менее 60 ГОСТ 4331—48
Никель сернокислый Ni и Со не менее 20,6 ГОСТ 2665—44
Олова двуокись SnO2 не менее 99 ТУ МХИ 1322—45
Свинца закись—окись (сурик свинцовый) РЬО не менее 98—99 ГОСТ 1787—50
Стронций углекислый SrCO3 не менее 95 ГОСТ 2821—50
Сурьмы трехокись Sb2O3 не менее 97 ЦМТУ 3243—52
Титана двуокись ТЮ2 не менее 97,5—98,2 Fe2O3 » более 0,15 SO3 » » 0,15 ГОСТ 9808—65
Хрома окись Сг2О3 не менее 96,5—98 S » более 0,03 FeO » » 0,15' ГОСТ 2912—66
Цинка окись (белила цинковые) ZnO не менее 98—99,5 ГОСТ 202—62
(
Таблица 5
Содержание окиси хрома в некоторых природных
материалах и в двуокиси титана
Наименование материала Содер- жанне окисн хрома в вес. % Наименование материала Содер- жание окиси хрома в вес. %
Песок люберецкий 0,0002 Пегматит енский 0,0090
» водолажский 0,0003 Каолин еланинский 0,0047
» новоселовский 0,0005 Глнна часовъярская 0,0085
» антибесский 0,0071 » апрельская 0,0120
Полевой шпат лянгар- 0,0020 » мойская 0,0130
ский Полевой шпат чупин- ский Полевой шпат ленхор- ский 0,0040 0,0060 Двуокись титана (мар- ка ч) 0,0050
10
Таблица 6
Шихтные материалы
Наименование Формула Молеку- лярный вес Удель- ный вес Температура плавления в °C Содержание компо- нентов, вводимых в эмаЛь 100 вес. ч. материала Шихтный множи- тель (эквива- лент)
Алюминия гидроокись А1 (ОН)3 77,99 2,5 Разл. при, 300 i 65,4 А1А 1,53
Алюминия окись А12О3 101,94 3,7—4,0 2050 100,0 Al А 1,00
Барий азотнокислый Ba (NO3)2 261,38 3,2 592 58,7 ВаО 1,70
Барий углекислый ВаСО3 197,37 4,2—4,4 Разл. при 1450 77,7 ВаО 1,29
Бориая кислота • H3BO3 61,84 1,4 » » 185 56,3 ВаО3 1,78
Бура кристаллическая Na2B4O7 • ЮНаО 381,44 1,7 » » 200 36,5 В А 16,2 NaaO 2,74 6,15
Бура кальцинированная NaaB4O7 201,27 2,4 741 69,2 В А 30,8 NaaO 1,45 3,25
Железа окись Fe2O3 159,70 5,2 Разл. при 1560 100,0 FeaO3 1,00
Железа закись—окись FesO4 231,55 5,2 » » 1540 93,0 FeO 1,07
Золото хлористое AuCl3 303,60 3,9 » » 254 64,9 Au 1,54
Кадмий сернистый CdS 144,48 4,6 1750 (100 ати) 100,0 CdS 1,00
Калий азотнокислый KNO3 101,10 2,1 334 46,6 K2O 2,15
Калий углекислый K2CO3 138,20 2,3 891 68,0 K2O 1,47
Калий двухромовокислый К2СГ2О7 294,21 2,7 398 32,0 K2O 51,7 CrA 3,13 1,93
Кальций углекислый CaCO3 100,09 2,6—2,8 1339 (103 ати) 56,0 CaO 1,78
Кальций фтористый CaFa 78,08 3,2 1360 71,8 CaO 48,7 F 1,39 2,05
Продолжение табл. 6
Наименование Формула Молеку- лярный вес Удель- ный вес Температура плавления в °C Содержание компо- нентов, вводимых в эмаль 100 вес. ч. материала Шнхтный множи- тель (эквива- лент)
Криолит Na3AlF6 210,10 2,9 920 24,3 А12О3 4,10
44,3 Na2O 2,26
54,3 F 1,84
Кобальта окись Со2О3 165,88 5,2 Разл. при 900 100,0 Со2О3 1,00
Кобальта закись СоО 74,94 6,5 1935 100,0 СоО 1,00
Кобальта закись—окись CO3O4 240,82 6,1 — 93,3 СоО 1,07
Литий углекислый LigCO^ 73,89 2,1 618 40,6 Ы2О 2,47
Магний углекислый MgCO3 84,33 2,9—3,1 Разл. при 350 47,8 MgO 2,10
Магния окись MgO 40,32 3,2—3,7 2800 100,0 MgO 1,00
Марганца двуокись МпО2 86,93 4,7—5,0 Разл. при 535 90,8 Мп2О3 1,10
Меди окись CuO 79,54 6,4 » » 1026 100,0 CuO 1,00
Меди закись Cu2O 143,08 6,0 1235 100,0 Cu2O 1,00
Молибдена трехокись MoO3 143,95 4,5 795 100,0 МоО3 1,00
Мышьяка трехокись ASgOg 197,82 4,1 Возг. при 193 100,0 As2O3 1,00
Натрий азотнокислый NaNO3 85,01 2,3 308 36,5 Na2O 2,74
Натрий азотистокислый NaNO2 69,01 2,2 271 44,9 Na2O 2,23
Натрий углекислый Na2CO3 106,00 2,5 851 58,5 Na2O 1.71
Натрий кремнефтористый Na2SiF6 188,10 2,7 Разл. при 850 33,0 Na2O 3,03
31,9 SiO2 3,14
60,6 F 1,65
Натрин метафосфорнокислый NaPO3 101,98 — — 30,4 Na2O 3,29
69,6 P2O6 1,44
Натрий фосфорнокислый од- NaH2PO4-2H2O 156,03 1.9 60 19,9 Na2O 5,03
незамещенный гидрат 45,5 P2O6 2,20
Натрий фосфорнокислый Na2HPO4- 12H2O 358,17 1,5 34,6 17,3 Na2O 5,77
двухзамещенный гидрат 19,8 P2O6 5,05
Натрий фосфорнокислый Na3PO4'12H2O . 380,16 1,6 73,4 24,1 Na2O 4,15
трехзамещенный гидрат 18,7 P2O5 5,35
Продолжение табл. 6
1 Наименование Формула Молеку- лярный вес Удель- ный вес Температура плавления в °C Содержание компо- нентов, вводимых в эмаль 100 вес. ч. материала Шихтный множи- тель (эквива- лент)
Натрий метасурьмянокислый NaSbOB 192,70 3,4 — 75,6 SbaO8 16,1 NaaO 1,32 6,21
Никеля закись NiO 74,69 7,4 — 100,0 NiO 1,00
Никеля, окись NI2O3 165,38 4,8 — 90,6 NiO 1,10
Никель углекислый N1CO3 118,70 — — 62,9 NiO 1,60
Олова двуокись Свинца закись—окись (су- SnOa 150,70 6,7—7,2 1127 100,0 SnOa 97,7 PbO 1,00 1,02
рик) . Pb8O4 685,63 9,0—9,2 Разл. при 500
Селен металлический Se 78,96 4,5—4,8 220 100,0 Se 1,00
Стронций углекислый SrCO3 147,64 3,6—3,8 1497 (60 ати) 70,1 SrO 1,42
Сурьма металлическая Sb 121,76 6,7 630 119,7 SbaO8 0,83
Сурьмы трехокись SbaO8 291,52 5,7 666 100,0 SbaO8 1,00
Титана двуокись TiOa 79,90 4,3 Разл. при 1640 100,0 TiOa 1,00
Хрома окись 152,02 5,2 1990 100,0 CraO8 1,00
Цинка окись ZnO 81,38 5,6 1800 100,0 ZnO 1,00
Циркония двуокись ZrOa 123,22 5,6—6,2 2700 100,0 ZrOa 1,00
Церия двуокись CeOa 172,13 7,2—7,5 1950 100,0 CeOa 1,00
Примечание. Для облегчения расчета шихты в последней графе таблицы приведены шихтные множители материалов.
Шихтный множитель показывает, сколько весовых частей материала (100-процентного) необходимо взять, чтобы получить одну
весовую часть компонента.
Чтобы определить количество материала, необходимого для введения в шнхту, следует процентное содержание данного компонента
(окисла) умножить на шихтный множитель материала. '
Например, в состав эмали нужно ввести 10% ВаО8 в виде кристаллической буры. Необходимо процентное содержание борного
ангидрида умножить на шихтный множитель (2,74) буры кристаллической: 10 х 2,74 = 27,4 вес. ч. буры.
До сих пор нет специальных технических условий на сырьевые
материалы для варки эмалей, однако ведется работа по их под-
готовке [10]. Качество сырьевых материалов оказывает значи-
тельное влияние на многие свойства эмалей.
Сведения о веществах, добавляемых к фритте при помоле,
приведены в табл. 12, о пигментах и керамических красках —
в приложении 8.
2. ПОДГОТОВКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ
И ПРИГОТОВЛЕНИЕ ШИХТЫ
Обычно сырьевые материалы поступают на заводы в измель-
ченном виде, в обогащенном состоянии, в таре, так что обогащение
и очистка их не требуются.
Если природные материалы необходимо очищать и измель-
чать, применяют обычные способы их обработки [И—12]. Чаще
всего приходится очищать кварцевые пески. В зависимости от
Рис. 1. Контейнер-смеситель:
1 — станина; 2 — люк для выгрузки; 3 — люк для загрузки; 4 — бандаж;
5 — корпус; 6 — цапфы; 7 — привод
характера примесей и требований к качеству песка выбирают
соответствующие методы его обогащения: промывку, оттирку,
флотацию, электромагнитную сепарацию, химическую очистку.
Иногда применяют комбинации этих методов.
Подготовленные сырьевые материалы хранят в бункерах и
других емкостях.
Выбор сырьевых материалов и их соотношение в шихте опреде-
ляются назначением и составом эмали. Расчет шихты производится
обычными способами [1, стр. 155; 2, стр. 311 ] с учетом влажности
и содержания в материале основного вещества и примесей.
Для отвешивания материалов пользуются бункерными весами
с точностью до 0,1 кг. Дорогостоящие материалы, красители,
14
окисли сцепления и др., применяемые в малых количествах, отве-
шивают на стрелочных весах большей точности.
Шихту перемешивают в смесителях различных конструкций.
На некоторых заводах применяют смесители типа «косая бочка»
емкостью 200—400 кг, дающие удовлетворительное смешивание
шихты за 30 мин. Более совершенное и быстрое смешивание обес-
печивают смесители, работающие по принципу противотока. На
крупных заводах шихта смешивается в тарельчатых смесителях
за 5—7 мин.
Контейнер-смеситель (рис. 1) наиболее удобен для смешивания
шихт эмалей. Отвешивание и смешивание компонентов шихты
производятся в одной емкости. Во время смешивания крышку
загрузочного отверстия контейнера наглухо закрывают во избе-
жание пылевыделения. При отвешивании компонентов шихты
контейнер-смеситель устанавливают на весовую тележку или на
тележку с бункерными весами, а затем при помощи тельфера,
загрузчика или других приспособлений переносят на катки сме-
сительного стенда, вращающиеся от электропривода. По окон-
чании смешивания контейнер транспортируют к загрузочному
отверстию эмалеварочной печи. Шихта из контейнера выгружается
в печь через нижнее отверстие, для чего контейнер ставится в вер-
тикальное положение. Для каждого вида шихты используют от-
дельный контейнер-смеситель.
Глава II
ВАРКА ЭМАЛЕЙ
1. ЭМАЛЕВАРОЧНЫЕ ПЕЧИ
Топливо и его сжигание в эмалеварочных печах
Характеристика топлива. Процесс горения топлива в совре-
менных эмалеварочных печах осуществляется в рабочей камере
печи, непосредственно над расплавом, поэтому топливо должно
иметь возможно более высокую теплотворную способность и воз-
можно меньшее содержание серы и золы. Этим требованиям в боль-
шей степени удовлетворяют газообразное и жидкое топлива,
имеющие ряд преимуществ перед твердым топливом.
Сера и зола жидкого топлива ухудшают качество эмали,
вызывая увеличение матовости и нежелательные оттенки. По
этим же причинам в газообразном топливе нежелательно присут-
ствие H2S.
Высокая теплотворная способность жидкого топлива и при-
родного газа позволяет получать во всех эмалеварочных пламенных
печах температуру, необходимую для варки эмали. Низкокало-
рийное газообразное топливо для получения тех же температур
требует нагрева воздуха, идущего для горения топлива, и мини-
мального избытка воздуха. Минимальная теплотворная способ-
ность газообразного топлива для данной печи или группы печей,
работающих в одинаковых условиях, устанавливается в зависи-
мости от температуры рабочей камеры печи, температуры нагрева
воздуха, используемого для сжигания топлива, и коэффициента
избытка воздуха. Увеличение температуры рабочей камеры, ко-
эффициента избытка воздуха и уменьшение температуры нагрева
воздуха требуют более высокой теплотворной способности топлива.
Основные характеристики жидкого и газообразного топлив
даны в табл. 7.
Сжигание топлива. Жидкое и газообразное топлива в эмале-
варочных печах сжигают с учетом получения в рабочей камере
печи необходимых температур и создания определенной атмосферы,
в большинстве случаев окислительной.
16
Расчетные характеристики топлива
Таблица 7
Наименование топлива Низшая теплотвор- ная спо- собность в ккал/м9, ккал/кг Теоретиче- ское коли- чество в м*/м9, м5/кг Содержание Нг8 в газе, золы (аР), серы (sP) в жидком топ- ливе в %
воз- дух про- дукты горе- ния
Газообразное топливо
Газ доменных коксовых печей 957 0,78 1,64 0,3
Коксовый газ 3958 3,93 4,67 0,4
Генераторный газ из кускового
топлива:
газовый донецкий уголь 1402 1,23 2,05 0,3
челябинский уголь 1449 1,25 2,06 0,2
черемховский уголь 1452 1,28 2,10 0,1
торф машиноформовочный 1548 1,37 2,18 0,1
Природный газ месторождений:
ухтинский 7946 8,83 9,99 Следы
саратовский 8560 9,51 10,68
дашавский 8523 9,48 10,64
ставропольский 8489 9,45 10,45
Жидкое топливо
Мазут:
малосер и истый 9310 10,28 11,0 Ар0,3; Sp0,5
многосернистый 9170 10,15 10,92 Ар0,3; Sp2,9
Моторное топливо 9880 10,94 11,79 Ар0,05; Sp0,40
Примечание. Характеристики газового топлива для сухого газа.
Максимально достижимая температура в рабочей камере (в °C)
определяется по формуле
Qg + Чг + ч,
tn ~ VdCd ^пир'
где QPH — теплотворная способность топлива в ккал!кг или ккал!м3;
qT — физическое тепло топлива; qT = cTtT\ qe — физическое тепло
воздуха, идущего для горения Г м3 или 1 кг топлива; qe = Vecete;
Ve, Vd — количество воздуха, идущего для горения, и количество
продуктов горения на 1 м3 или 1 кг топлива при данном избытке
В. В. Варгии ~~........, 17
воздуха а в м3/м3 или м3!кг\ ст, св, eg — теплоемкость тойлива,
воздуха и продуктов горения; tT, te — температуры топлива и
воздуха в °C; г)пиР — пирометрический к. п. д. печи. Для обычных
конструкций эмалеварочных печей и]пир = 0,72ч-0,75.
Физическое тепло топлива qr имеет значение только для на-
гретых низкокалорийных газообразных топлив. Для природного
газа и для жидкого топлива qT невелико и может быть исключено
из формулы.
Влияние теплотворной способности низкокалорийного газо-
образного топлива и температуры нагрева воздуха на темпера-
Рис. 3. Зависимость температуры
рабочей камеры печи от коэф-
фициента избытка воздуха:
1—жидкое топливо; 2—природный
газ
Рис. 2. Зависимость температуры рабочей ка-
меры печи от теплотворной способности топ-
лива и температуры нагрева воздуха (топ-
ливо — генераторный газ)
туру рабочей камеры печи при а = 1,2 и при i]nup = 0,75 показано
на рис. 2. Графики составлены при сжигании топлива с холодным
воздухом и с воздухом, нагретым до различной температуры.
При обычных методах сжигания топлива окислительная атмо-
сфера в рабочей камере печи создается при наличии избытка
воздуха. При любой конструкции форсунки или горелки для
сжигания жидкого и газообразного топлива в эмалеварочных
печах коэффициент избытка воздуха должен быть более 1,05.
Влияние коэффициента избытка воздуха на температуру в рабочей
камере печи показано на рис. 3. Графики построены на основании
расчетных данных горения саратовского природного газа (Q„ =
=8540 ккал/м3) и жидкого топлива (Q£=9400 ккал!кГ) с холодным
воздухом. Пирометрический к. п. д. печи принят t]nuP = 0,75.
С повышением коэффициента избытка воздуха увеличивается
количество газов, движущихся в печи. Это, в свою очередь, уве-
личивает унос пыли и летучих из печи и потери тепла с отходящими
газами. Особенно это сказывается на работе вращающихся печей,
18
где действительная скорость газов в рабочей камере печи Дости-
гает 5 м!сек, а в выходном отверстии до 40 м!сек.
Потери тепла с отходящими газами возрастают по сравнению
с потерями при а = 1,2 примерно на 7,6% для природного газа
и 8% для жидкого топлива на каждые 0,1 повышения коэффициента
избытка воздуха. Абсолютная величина потерь для печей без
рекуператоров очень велика и составляет более 70—80% тепло-
творной способности топлива.
Жидкое топливо. Использованием жидкого топлива для эма-
леварочных печей повышается к. п. д. печи за счет улучшения
процесса сжигания топлива и ускорения процесса варки, дости-
гаются требуемые температуры в различных частях печи, легко
регулируется процесс сжигания и режима печи, улучшается об-
служивание, создается возможность перехода на автоматическое
регулирование и т. д.
В эмалеварочных печах жидкое топливо сжигается при помощи
форсунок низкого и высокого давления. Применение тех или дру-
гих 4юрсунок зависит от типа печи и ее размеров. Вращающиеся
печи снабжены в большинстве случаев форсунками низкого давле-
ния, что объясняется малыми размерами печей и непосредственным
воздействием факела пламени на шихту и расплав. Применение
в этих печах форсунок высокого давления вызывает местные пере-
жоги и значительное механическое увлечение пылеобразной
шихты и частиц расплава с продуктами горения топлива.
Форсунки высокого давления успешно работают на ванных, пе-
чах, где также могут применяться и форсунки низкого давления.
Сжигание жидкого топлива в тигельных печах производится
при помощи форсунок обоих типов в зависимости от размера и
типа печи.
Форсунки высокого давления, в которых в качестве распыли-
теля используется воздух давлением около 1 ати, могут быть при-
менены на большинстве эмалеварочных печей. Повышение давле-
ния распылителя при постоянстве других факторов улучшает
процесс распыления, уменьшая размер капли. Например, для
струйных форсунок радиус капли, рассчитанный по теоретическим
формулам, при давлении воздуха 200 мм вод. ст. составляет
0,1 мм, при давлении 700 мм — 0,029 мм, а при давлении 6 ати —
0,0008 мм [13]. Повышение давления распыляющего воздуха
уменьшает его расход, как это видно из следующих данных:
Давление воздуха Расход воздуха в %
в мм вод. ст. от теоретически требуе-
мого для горения
170 70
350 53
700 42
1400 32
в ати
1,76 12
4,0 10
7,0 8
2*
19
Практически расход распылителя выше теоретического и
составляет для форсунок низкого давления около 100% от теоре-
тически требуемого, а для форсунок высокого давления около
10%. При расчетах форсунок необходимо принимать расход рас-
пылителя на 1 кг распыляемого топлива для форсунок низкого
давления 12 м3 воздуха и для форсунок высокого давления 1 л*3
воздуха или 0,3—0,7 кГ пара (давлением 3—8 ати).
В форсунках низкого давления температура воздуха у входа
в форсунку допускается не выше 300° С. Поэтому нагрев воздуха
в рекуператорах, установленных у печей, работающих с фор-
сунками этого типа, не должен превышать 350—400° С (50—100°
потери в воздухопроводе). Весь нагретый воздух подается через
форсунку, к которой присоединен воздухопровод нагретого
воздуха.
Температура воздуха, используемого для распыления жидкого
топлива в форсунках высокого давления, не должна превышать
50—100° С. Воздух, идущий для горения топлива, но не прохо-
дящий через форсунку, нагревается до любой температуры и
подается через систему воздухопроводов или каналов к корню
факела пламени. Направление струи нагретого воздуха должно
способствовать интенсивному смешению топлива и воздуха.
При наличии соответствующих отверстий в кладке форсунки
высокого и низкого давления инжектируют некоторое количество
воздуха. Этим пользуются для подсоса в печь как холодного, так
и нагретого воздуха.
Имеется большое количество конструкций форсунок, созда-
ющих различные углы раскрытия факела пламени и различную
его длину (табл. 8).
Таблица 8
Характеристики факела форсунок
Типы форсунок Длина факела в м Угол раскры- тия факела в град
Форсунки высокого давления Прямоструйные Внутреннего и двой- ного распыления Щелевые Турбулентные 2,5—8 2-6 1,5—4 1—2,5 15—35 30-45 60—90 45—75
Форсунки низкого давления Прямоструйные Внутреннего и двой- ного распыления Встречных потоков и вихревые Турбулентные 1,2—3 0,8—2 0,7—1,5 0,3—0,7 20—30 25—40 30—40 40—75 60—90
20
Для большинства эмалеварочных печей наиболее подходящим
типом форсунок являются форсунки с малым углом раскрытия,
что объясняется небольшими размерами газового пространства.
Длина газового пространства печи определяет выбор типа фор-
сунки по величине длины факела, так как весь процесс горения
топлива должен заканчиваться в пределах этого пространства.
Одна из форсунок низкого давления приведена на рис. 4.
Наличие в форсунке перемещающегося мазутного сопла обеспечи-
вает регулировку сечения воздушной щели и сохранение или изме-
Рис. 4. Форсунки низкого давления конструкции «Стальпроекга»
нение скорости истечения воздуха и соответственно степени рас-
пыления. Форсунка «Стальпроекта» проста и надежна в эксплуа-
тации. Минимальное давление мазута перед форсункой 0,5 ати,
оптимальное 1—1,5 ати. Давление воздуха не ниже 300 мм вод. ст.;
производительность форсунки колеблется от 5 до 205 кг/ч.
Форсунки высокого давления в большинстве случаев дают
высокую степень распыления топлива и длинное пламя с высокой
температурой. Только некоторые специальные конструкции обес-
печивают короткое пламя, но, как правило, требуют большего
расхода распылителя.
Среди большого числа конструкций форсунок высокого давле-
ния форсунка Шухова отличается простотой конструкции, хоро-
шей степенью распыления и надежностью в работе. Производи-
тельность типовых форсунок Шухова от 3 до 350 кг/ч в зависимости
от размера форсунки и давлений мазута и распылителя. Увеличе-
ние этих параметров повышает производительность форсунки.
Место установки форсунки любого типа зависит от конструк-
ции, размеров и теплового режима печи.
21
Газообразное топливо. В эмалеварочных печах можно исполь-
зовать все виды искусственного и природного газообразного про-
мышленного топлива, имеющего теплотворную способность 800—
12 000 ккал!м3. Газообразное топливо по сравнению с твердым
и жидким топливами имеет ряд преимуществ: возможность регу-
лировки степени смешения топлива и воздуха и, следовательно,
длины факела пламени, его температуры, коэффициента избытка
воздуха и т. д.
Сжигание газообразного топлива в эмалеварочных печах про-
исходит при таких температурах, когда скорость химических
реакций очень велика, поэтому скорость процесса горения топлива
зависит от скорости смешения топлива и воздуха. Ускорение про-
цесса смешения усиливает процесс горения топлива, уменьшает
длину факела пламени и увеличивает температуру последнего.
Изменением степени и места смешения топлива и воздуха
можно регулировать процесс горения топлива в широких преде-
лах. Полностью смешивая в горелке газообразное топливо и весь
воздух, необходимый для горения, и подавая в печь готовую смесь,
получаем беспламенное горение топлива (почти при полном отсут-
ствии факела пламени). Подавая в печь отдельные струи газооб-
разного топлива и воздуха и производя их смешение в печи за
счет диффузии, получаем длинный факел пламени с довольно рав-
номерной температурой по всей длине факела.
Диффузионные и пламенные горелки (горелки низкого давле-
ния) работают с относительно небольшими скоростями и требуют
низкого давления газа и воздуха. Беспламенные горелки (инжек-
ционные горелки), требуют высоких скоростей и среднего или
высокого давления газа. Эти горелки часто называют горелками
среднего (высокого) давления.
Газовые горелки эмалеварочных печей выполняются из чу-
гуна или стали.
Конструкция горелок зависит от теплотворной способности и
степени загрязнения газообразного топлива, а также от степени
смешения газа и воздуха в горелке. Неочищенный генераторный
газ сжигается только при помощи пламенных горелок, которые
позволяют производить просмотр и чистку газовых каналов и
каналов для смеси газа и воздуха. Очищенный генераторный газ
сжигается при помощи горелок всех групп, однако чаще применяют
пламенные горелки низкого давления. Применение инжекционных
горелок для генераторного газа требует особо тщательной его
очистки во избежание засорения некоторых узлов горелки, чистка
которых требует разборки всей горелки.
Для сжигания высококалорийного газообразного топлива,
в том числе природного газа, можно применять горелки всех типов.
Конструкция горелки для этого вида топлива зависит от теплового
режима печи, давления газа и конструкции печи.
На рис. 5 приведена конструкция горелки низкого давления
[14] для сжигания природного газа = 8500 ккал!м? и р —
22
Рис. 5. Газовая горелка низкого
= 0,73 кПм3. Расчетная производительность горелок колеблется
в пределах 1,5—200 м3/ч. Горелки работают при давлении природ-
ного газа 15—240 мм вод. ст. и при давлении воздуха 210 мм вод. ст.
Снижение давления газа от 240 до 15 мм вод. ст. уменьшает про-
изводительность горелки в 4 раза.
Изменение количества, диаметра
и положения отверстий в газовом на-
конечнике позволяет изменять длину
факела — от максимальной для дан-
ной горелки до практически бесфа-
кельного горения. Горелка приме-
нима для окислительного и восстано-
вительного процесса сжигания топ-
лива. Расчетный коэффициент из-
бытка воздуха для горелки принят
а = 1,05. Горелка работает не только
на природном газе, но и на другом
газообразном топливе, для которого
производительность, требуемое дав-
ление газа и давление воздуха будут
иными.
Инжекционная горелка для сжигания природного газа и кера-
мический туннель для сжигания смеси изображены на рис. 6.
Горелки работают при давлении газа 1 000—10 000 мм вод. ст.
Производительность этих горелок изменяется в большом диапазоне
(для типовых горелок от 2,5 до 145 мм3/ч) в зависимости от разме-
ров горелки и давления газа.
При длине туннеля, равной шести диаметрам устья горелки,
факел пламени почти не выходит за пределы туннеля. Укорачива-
ние туннеля увеличивает длину факела пламени в рабочей камере
и при длине туннеля, равной 2,5 диаметрам устья горелки, про-
цесс горения топлива почти полностью переносится в рабочую
камеру печи.
Инжекционные горелки позволяют регулировать количество
инжектируемого воздуха, что обеспечивает управление характе-
ром и длиной факела при сохранении постоянства размеров и
конструкции горелки.
23
Конструкцию горелки для эмалеварочной печи выбирают в за-
висимости от теплового режима, размеров и конструкции печи,
а также от вида топлива и его давления. На эмалеварочных печах
работают пламенные горелки различных типов.
Горелки пламенного типа дают более ровное распределение
температур по всей длине факела пламени. Горелки инжекцион-
ного типа при 100-процентном инжектировании воздуха для горе-
ния создают короткофакельный процесс горения топлива. Умень-
шение количества инжектируемого воздуха замедляет процесс
горения и создает более удлиненный факел. Температура по длине
факела в первом случае имеет резко выраженный максимум,
а во втором случае учарток наивысшей температуры растянут по
длине факела.
Использование тепла отходящих газов. Температура продуктов
горения топлива, выходящих из рабочей камеры эмалеварочной
печи, 1250—1400° С. При этой температуре отходящими газами
уносится значительное количество тепла, что снижает эффектив-
ность использования топлива и к. п. д. печи. Теплосодержание
продуктов горения (Q£ = 1,2) при 1350° С составляет для природ-
ного газа 73,5%, для мазута 71,3% и для генераторного газа
(Q2 = 1350 ккал/л3) 86,8% от их теплотворной способности. Соот-
ветственно в рабочей камере печи используется менее 30%, а при
сжигании генераторного газа только 13,2% потенциального тепла
топлива.
Процент использования в печи потенциального тепла топлива
повышается в том случае, когда тепло отходящих газов нагревает
воздух, идущий для горения топлива или для сушки сырых ма-
териалов. В последнем случае к. п. д. печи не увеличивается.
Нагрев воздуха за счет тепла отходящих газов повышает
к. п. д. печи, уменьшая температуру и теплосодержание газов,
выходящих из печи, и уменьшает общий и удельный расход топ-
лива. Если расход топлива при сжигании с холодным воздухом
принять за единицу, то расход топлива при сжигании с нагретым
воздухом определяется по формуле
ОЧ + ^-Ч9’
где — теплотворная способность топлива в ккал!кг или
ккал/м3; qd—теплосодержание продуктов горения 1 кг или 1 м3
топлива при температуре выхода из рабочей камеры печи в ккал/кг
или ккал!м3\ q'i — теплосодержание холодного воздуха, необхо-
димого для горения 1 кг или 1 м3 топлива, в ккал!кг или ккал!м3\
q* — теплосодержание нагретого воздуха, необходимого для горе-
ния 1 кг или 1 м3 топлива, в ккал!кг или ккал/м3.
> Приведенная формула действительна и при расчете поправоч-
ных коэффициентов при повышении температуры нагрева воздуха.
24
В этом случае q*x — теплосодержание при низкой температуре,
a (ft — теплосодержание воздуха при повышенной температуре
нагрева воздуха.
В табл. 9 приведены коэффициенты понижения расхода топлива
при применении нагретого воздуха для природного газа (Q„ =
= 8540 к/шл/л43), мазута (Q„ = 9366 ккал!кг) и генераторного
газа из подмосковного каменного угля (QfH = 1357 ккал/м3).
При расчете принято: температура продуктов горения, выходящих
из рабочей камеры, 1350° С; коэффициент избытка воздуха а =
= 1,2.
Таблица 9
Коэффициенты расхода топлива
Топливо Температура нагрева воздуха .в °C
20 100 200 300 500
Природный газ 1 0,89 0,782 0,696 0,566
Генераторный газ 1 0,839 0,696 0,595 , 0,455
Мазут 1 0,899 0,799 0,716 0,591
Воздух, используемый для горения топлива в пламенных
печах, нагревается в регенераторах или рекуператорах. В совре-
менных эмалеварочных печах воздух нагревается только в реку-
ператорах.
Работа рекуператоров основана на принципе передачи тепла
через стенки рекуператора. Температура нагрева воздуха, про-
дуктов горения, выходящих из рекуператора, и направление
движения газов остаются постоянными в течение всего периода
работы рекуператора и печи. Работа рекуперативных печей более
постоянна по тепловому режиму и обслуживание их легче, чем
р егенер ативны х.
Недостаток рекуперативных печей — несколько более сложная
конструкция рекуператора по сравнению с регенератором. Однако
отсутствие переключающих клапанов с дополнительной системой
каналов создает более простую конструкцию рекуперативной
печи.
Керамические рекуператоры имеют малую газоплотность,
нарушающую общий тепловой режим работы печи. Этот недоста-
ток почти полностью устранен в металлических' рекуператорах.
Конструкция печи с керамическими рекуператорами более сложна,
чем с металлическими. Поэтому у эмалеварочных печей в боль-
шинстве случаев устанавливают металлические рекуператоры.
При температуре 1000—1400° С отходящих газов, поступающих
в рекуператор, температура нагрева воздуха в рекуператорах из
25
йёЛегированйого металла достигает 300—350° Сив рекуператорах
из жаропрочных сплавов 600—800° С. Высокий коэффициент
теплопередачи, достигающий 50—70 ккал!м2-ч-град, обеспечи-
вает малые размеры и компактность рекуператора.
Металлические рекуператоры промышленных "Печей в зави-
симости от конструкции разделяются на трубчатые, игольчатый,
термоблок и радиационные. Ввиду того что отходящие газы со-
Рис. 7. Радиационный рекупе-
ратор
держат большое количество пыли,
для эмалеварочных печей чаще при-
меняют металлические рекуператоры
радиационного типа и несколько ре-
же — термоблок и игольчатые реку-
ператоры с односторонним располо-
жением игл, так как они меньше за-
соряются.
Радиационные рекуператоры пред-
ставляют собой вертикальный ци-
линдр с двойной стенкой, внутри ко-
торой движется с большой скоростью
нагреваемый воздух. Благодаря боль-
шому внутреннему диаметру цилин-
дра (до 1,5 м и более) и высокой
температуре отходящих газов велика
теплоотдача излучением, что при ма-
лом тепловом сопротивлении стенки
рекуператора обеспечивают большой
коэффициент теплопередачи. Этот
коэффициент возрастает при движе-
нии отходящих газов не только
внутри, но и с наружной стороны
цилиндра рекуператора. Испытания
и расчеты радиационных рекупера-
торов показали, что коэффициент
теплопередачи на условную внутреннюю поверхность цилиндра
при одностороннем движении газов равен К = 20ч-50, при дву-
стороннем движении К = 50н-70 ккал!м2 -ч-град.
Пример установки радиационного рекуператора показан на
рис. 7. Отсутствие горизонтальных поверхностей почти исключает
возможность оседания пыли и уменьшения сечения для прохода
гДзов.
В радиационном рекуператоре корзиночного типа цилиндр
с двойной стенкой заменен вертикальными трубами, расположен-
ными по кругу. Эти рекуператоры имеют более высокий коэффи-
циент теплопередачи, однако засоряются больше, чем цилиндри-
ческие.
Металлический рекуператор типа термоблока представляет
собой пучок стальных труб, залитых чугуном, в котором, преду-
смотрены отверстия для прохода отходящих газов. Взаимно пер-
26
пендикулярные направления потоков воздуха (по трубам) и отхо-
дящих газов обеспечивают газоплотность рекуператора этого типа.
Большая масса металла способствует равномерному распределе-
нию температур по всему объему термоблока, создавая тем самым
хорошую теплоустойчивость, что особенно важно при переменных
Рис. 8. Рекуператор типа термоблока
тепловых нагрузках вращающихся эмалеварочных печей. Хорошая
газоплотность создает условия для движения воздуха с высокими
скоростями (нулевая скорость 3—10 м!сек), что повышает коэф-
фициент теплопередачи. Расчет и обследования показывают, что
коэффициент теплопередачи для рекуператоров типа термоблока
колеблется от 10 до 30 ккал'м2 -ч-град.
Недостатки рекуператоров типа термоблока по сравнению с ре-
куператорами других типов: несколько повышенный вес металла,
приходящегося на 1 м2 теплопередающей поверхности, и малая
ширина дымовых каналов — 25—30 мм для типовых конструкций.
Такие каналы при прохождении запыленных газов быстро засо-
27
ряются. Для нормальной эксплуатации рекуператоров типа термо-
блока в условиях работы эмалеварочных печей ширина дымовых
каналов должна быть увеличена.
С целью уменьшения засорения дымовых каналов установка
рекуператора должна предусматривать вертикальное движение
отходящих газов сверху вниз. Установка рекуператора типа тер-
моблока в вертикальном дымоходе показана на рис. 8.
Наибольшее распространение имеют игольчатые рекуператоры,
что объясняется высоким коэффициентом теплопередачи (до 90—
100 ккал/м2 -ч-град на условную поверхность) и налаженным
серийным выпуском отдельных труб и деталей к ним.
Холодный.
Воздух
Горячий
Воздух
Рис. 9. Двухходовой игольчатый рекуператор
Двусторонние игольчатые рекуператоры не могут быть исполь-
зованы для эмалеварочных печей вследствие быстрой засоряемости
и трудности чистки. “При работе с запыленными отходящими
газами применяются рекуперативные трубы с расположением
игл только по внутренней стороне.
Односторонние игольчатые рекуператоры имеют несколько
пониженный коэффициент теплопередачи — 25—40 ккал/м2 ч град,
но достаточно высокий для эффективного использования тепла
отходящих газов. В рекуператорах этого типа отходящие газы
движутся между трубами вертикально, сверху вниз, а воздух
движется внутри труб, омывая игольчатую поверхность [15].
Трубы с односторонним расположением игл имеют ширину
дымового канала около 50 или 100 мм в зависимости от типа при-
нятых фланцев. Увеличение ширины уменьшает засорение канала,
но понижает коэффициент теплоотдачи конвекцией.
28
На рис. 9 показана двухходовая установка игольчатого реку-
ператора с фланцами больших размеров с односторонним распо-
ложением игл.
Все типы металлических рекуператоров работают более про-
должительный срок при движении газов по принципу прямотока,
когда температура стенки рекуператора ниже, чем при. работе
по принципу противотока. При работе рекуператора по принципу
прямотока вертикальное (сверху вниз) движение отходящих газов
требует движения воздуха сверху вниз, вертикального или зиг-
загообразного (для рекуператоров с двумя ходами и более).
Общая компоновка цеха, тип печи и тип рекуператора опреде-
ляют местоположение рекуператора, заключенного в отдельную,
независимую от кладки печи камеру. Практически рекуператоры
располагают над печью, под ней и около печи. Обязательное
условие нормальной работы рекуператора: доступность ко всем
его частям, возможность просмотра и чистки. Наиболее целесо-
образно расположить рекуператор за наружными габаритами
рабочей камеры.
При наличии в цехе нескольких эмалеварочных печей неболь-
шой производительности можно устанавливать один рекуператор
на несколько печей. В этом случае должна быть обязательно пре-
дусмотрена отдельная регулировка гидравлического режима каж-
дой печи.
Виды печей
Выбор конструкции и размеров печи зависит от производитель-
ности и режима ее работы, вида топлива, состава эмали и приня-
того технологического процесса.
Небольшая производительность, частое изменение состава
эмали, изменение цвета, односменная работа цеха и в некоторых
случаях вид топлива являются основанием для выбора печей пе-
риодического действия. К таким печам относятся тигельные,
а также вращающиеся и ванные печи периодического действия.
В СССР применяют периодические печи двух типов — тигельные
и вращающиеся.
Большая производительность, повышение требований к про-
дукции, постоянство состава эмали и применение высококалорий-
ного топлива или электроэнергии предопределяют применение
печей непрерывного действия, к которым относятся ванные печи
непрерывного действия и большинство конструкций электриче-
ских печей.
При выборе типа печи следует учитывать технико-экономиче-
ские показатели работы данной конструкции, удельный расход
тепла и качество продукции.
Тигельные печи. Эти печи предназначаются для варки боль-
шого ассортимента эмалей в небольших количествах и обеспечи-
29
вают возможность быстрой смены составов. Периодичность работы
тигельных печей — загрузка шихты, варка и выливание расплава
(грануляция) — позволяет регулировать тепловой процесс во
время каждой варки. Производительность тигельных печей зави-
сит от числа и размеров тиглей. Количество тиглей 1—10.
Размеры рабочей камеры зависят от количества и размеров
тиглей, вида топлива и сжигающего устройства. Факельное сжи-
гание требует большего газового пространства, чем беспламенное.
В первом случае развитие процесса горения и его окончание про-
исходят в рабочей камере, а во
. Ч>260
втором — весь процесс горения
завершается в специальном тун-
неле или нише; в рабочей ка-
мере движутся только продукты
горения топлива.
Беспламенное сжигание наи-
более применимо при малых-
размерах рабочей камеры и
обеспечивает достаточную рав-
номерность температур по всему
объему камеры. На рис. 10 при-
ведена конструкция одноти-
гельной печи при отоплении
природным газом, сжигаемым
в беспламенных горелках. От-
крытие печи (съем крышки)
производится поворотным меха-
низмом или механизмом другой
конструкции. Расход природ-
ного газа при емкости тигля
Рис. 10. Однотигельная печь
около 2 л составляет до 5 ,м3/ч.
Использование жидкого топлива приводит к некоторому уве-
личению газового пространства. Наибольшая стойкость тиглей
достигается при отсутствии соприкосновения факёла пламени со
стенкой тигля, что требует' увеличения размеров печи. Сжига-
ющими устройствами являются форсунки низкого давления или
форсунки с давлением воздуха 0,5—1 ати.
Расход топлива зависит от размеров и конструкции печи, ее
производительности, температуры варки и продолжительности
цикла варки. Удельный расход тепла для печей на 2—4 тигля
достигает 10 000—15 000 ккал!кг.
Снижение температуры и уменьшение продолжительности
варки, увеличение размеров тиглей и использование тепла отхо-
дящих газов приводит к уменьшению общего и удельного расхода
тепла.
Устройство рекуператоров у тигельных печей обеспечивает
экономию топлива, как и для других эмалеварочных печей. Однако
тигельные печи с рекуператорами более сложны и более громоздки,
30
Чем нерекуперативные печи. Несколько сложнее и их обслужива-
ние. Поэтому установка рекуператоров необходима при отоплении
печи низкокалорийным топливом и при большом размере рабочей
камеры печи, когда экономия топлива будет значительна.
Вращающиеся печи. Вращающаяся печь представляет собой
футерованный барабан, заканчивающийся с обеих сторон усечен-
ными конусами. Отверстия в верхних основаниях конусов предна-
значены для установки горелки и для отвода продуктов горения
и продуктов разложения (рис. 11).
Загрузка шихты и выпуск готовой эмали производится через
люк в боковой Поверхности барабана или через отверстие для
Рис. 11. Цмалеварочная вращающаяся печь периодического действия
отвода продуктов горения. В последнем случае печь можно пово-
рачивать вокруг горизонтальной короткой оси барабана, которая
перпендикулярна продольной оси.
Цикл работы вращающейся печи включает периоды разогрева
печи после выпуска эмали, засыпки шихты, варки и выпуска
эмали. При нормальных условиях работы печи наибольшую дли-
тельность имеет период варки, определяющий продолжительность
цикла. В зависимости от емкости печи, состава шихты и темпера-
туры печи длительность периода варки составляет 1—3 ч. Продол-
жительность остальных периодов и общая продолжительность
цикла, кроме указанных факторов, зависит также от технологи-
ческого процесса и графика работы цеха [16, 17].
В первую часть периода, при неподвижном положении печи,
материал —• шихта, а затем смесь шихты и расплава занимают
нижнюю часть объема печи. При этом поверхность соприкоснове-
ния материала (шихты или смеси) с газами и с внутренней поверх-
ностью футеровки зависит от количества, способа загрузки и
распределения шихты в печи, а также от времени, прошедшего
от начала нагрева шихты, т. е. от количества образовавшегося
расплава.
Однократный или многократный поворот печи на опреде-
ленный угол способствует передвижению материала с одной
части внутренней поверхности футеровки на другую. По окон-
чании поворота печи положение материала и его поверхность
31
соприкосновения с газовой средой и] с футеровкой остаются
относительно постоянными.
Во вторую часть периода варки, с момента начала постоянного
вращения печн, смесь шихты и расплава или только расплав
находится в подвижном состоянии. При этом постоянные поверх-
ности соприкосновения материала с газами и с футеровкой прак-
тически отсутствуют.
В период вращения печи частицы материала перемещаются
как на поверхности соприкосновения материала с газами, так и
внутри слоя материала. Только очень тонкий слой материала,
находящийся во взаимодействии с футеровкой, остается почти
в неподвижном состоянии, однако и этот слой постепенно обнов-
ляется. Поэтому при вращении печи наблюдается интенсивное
перемешивание материала, приводящее к его усреднению.
Объем, занимаемый готовой эмалью, составляет 8—15% об-
щего внутреннего объема печи. Свежезасыпанная шихта занимает
15—30% объема. Приведенные величины могут быть приняты и
для поперечного сечения печи. Соответственно внутренний угол
сектора составляет для расплава 86—109° и для шихты 109—143°.
При вращении печи угол наклона поверхности материала, сопри-
касающейся с газами, колеблется от долей градуса для расплава,
имеющего высокую температуру, примерно до 40° для смеси шихты
и расплава.
Передача тепла шихте и расплаву в период варки осуще-
ствляется: излучением от факела пламени, от нагретых газов и от
внутренней поверхности футеровки, не закрытой шихтой или
толстым слоем расплава, теплопроводностью от внутренней по-
верхности футеровки, находящейся в соприкосновении с расплавом
или шихтой.
После засыпки шихты при неподвижном положении печи основ-
ное количество тепла передается через наружную поверхность
материала. Количество тепла, передаваемого за счет теплопро-
водности от футеровки через поверхность соприкосновения шихты
с футеровкой, ввиду остывания последней постепенно умень-
шается. В это же время передача тепла внутри материала проис-
ходит теплопроводностью от более нагретых частиц (в основном
от частиц на наружной поверхности) к более холодным, находя-
щимся внутри слоя.
При однократном или многократном повороте печи на опреде-
ленный угол передача тепла шихте и смеси шихты и расплава про-
исходит аналогично передаче тепла свежезасыпанной шихте.
При повороте печи частично материал перемешивается, что спо-
собствует непосредственному соприкосновению наиболее нагретых
частиц с наименее нагретыми и ускорению нагрева всего слоя
материала.
Значительное ускорение процесса передачи тепла материалу
наступает при постоянном вращении печи. Постоянное переме-
шивание и соприкосновение материала с новыми частями внутрен-
32
ней поверхности футеровки, уменьшение общей и средней толщины
слоя материала, наличие тонкого слоя на внутренней поверхности
футеровки, не закрытой общей массой, и для многих составов
лучепрозрачность расплава увеличивают и ускоряют процесс
передачи тепла.
Количество тепла, передаваемого шихте, смеси шихты и рас-
плава или расплаву, зависит от температуры и степени черноты
факела пламени, газов, внутренней поверхности футеровки, шихты,
расплава и их смеси, от разности этих температур, а также от
движения материала в печи.
В период варки происходит изменение всех указанных темпе-
ратур и разности между ними. Изменяется и движение материала.
Поэтому общее количество тепла, передаваемое материалу,
а также тепла, передаваемого различными способами, изменяются
в процессе варки. Максимальное количество тепла передается
в начале и минимальное — в конце периода.
Расчеты и испытания показывают, что излучением от факела
пламени, от газов и от внутренней поверхности футеровки пере-
дается около 80—90% всего тепла; теплопроводностью от футе-
ровки передается до 15% и конвекцией от движущихся газов
до 10%.
Количество тепла (в ккал), передаваемое материалу во вре-
мя г(ч), равно
Q = а2 ktFz,
где а2 — приведенный коэффициент теплоотдачи, учитывающий
все виды передачи тепла материалу и отнесенный к 1 м2 наружной
поверхности материала, в ккал!м2-ч-град; А/— средняя лога-
рифмическая разность температур за расчетный период между
температурой газов и температурой материала в °C:
A J. X Н HJ\ К К /
— 1г —tK
(1н, 1гк, 1к — средние температуры газов и материала в начале
и в конце расчетного периода); F — средняя за расчетный период
наружная поверхность материала в л<2; z — длительность периода
в ч.
Увеличение количества тепла, передаваемого материалу, прак-
тически достигается увеличением приведенного коэффициента
теплоотдачи а2, разностью температур А/ или обоих факторов
вместе. С повышением температуры факела пламени и газов в печи
разность температур А/ и приведенный коэффициент теплоот-
дачи а2 увеличиваются одновременно. Этим, в частности, и объяс-
няется более высокая удельная производительность печей,
работающих при повышенных температурах. Однако в усло-
виях работы эмалеварочных вращающихся печей повышение
В. В. Варгин 33
температурного режима иногда приводит к ухудшению качества
эмали за счет местных перегревов —пережогов. Поэтому целесооб-
разно достигать более высокой удельной производительности печи
только за счет повышения приведенного коэффициента теплоот-
дачи ссЕ. Это повышение происходит при увеличении диаметра,
теплового сопротивления и числа оборотов печи и светимости фа-
кела пламени.
Увеличение диаметра печи при данной ее производительности
за цикл приводит к увеличению толщины слоя газов и соответ-
ственно коэффициента теплоотдачи излучением. Возрастает также
Рис. 12. Влияние диаметра вращающейся
печи на время варки эмали
изводительности печи за цикл или
удельная величина излучаю-
щей внутренней поверхности
футеровки на единицу по-
верхности материала, а сред-
няя и максимальная толщина
слоя материала уменьшается.
Увеличение диаметра печи
отдаляет факел пламени от
материала, уменьшает сред-
нюю скорость движения га-
зов и унос пылевидных час-
тиц.
Влияние диаметра печи на
процесс варки показано на
рис. 12, где приведено время,
необходимое для варки 10 кг
эмали в зависимости от про-
ее диаметра. График состав-
лен на основании данных о продолжительности варки в печах
различной производительности. При расчете графика принято
для всех печей заполнение расплавом, равным по объему 10% от
общего объема печи; удельный вес расплава принят 2500 кГ/м? и
отношение длины к диаметру 2,5 : 1.
При сохранении производительности печи за цикл' можно
ожидать более значительного влияния диаметра на продолжи-
тельность варки, чем показагно на рис. 12. Это связано, в пер-
вую очередь, с уменьшением толщины материала и с более зна-
чительным изменением остальных удельных величин и коэффи-
циентов.
Вызванное увеличением диаметра печи уменьшение средних
скоростей движения’ газов и соответственно уменьшение коли-
чества тепла, передаваемого конвекцией, не влияет на суммарную
величину передачи тепла, так как значение конвективной тепло-
отдачи в общей отдаче невелико.
Длина печи при данном диаметре зависит от величины объема
печи и от длины факела пламени, необходимой для окончания
Процесса горения топлива. Длина факела является функцией
степени смешения в горелке топлива и воздуха перед их поступле-
34
нием в печь. С увеличением степени смешения топлива и воздуха
длина факела уменьшается.
Конструкция горелки или форсунки для вращающихся печей
должна обеспечивать интенсивное смешение топлива и воздуха
перед поступлением в печь и создавать факел пламени с малым
углом раскрытия.
Футеровка вращающихся печей для варки эмалей подвергается
химическому и механическому воздействию, а также тепловым
ударам, возникающим при вращении печи. Наиболее интенсивному
разрушению подвергаются швы кладки.
Исходя из условий варки эмалей обычных составов во враща-
ющихся печах, в качестве материала для футеровки можно реко-
мендовать высокоглиноземистые изделия. Шамотные изделия или
набивки менее стойки. Используемые иногда на' практике набивки
с повышенным содержанием SiO2 можно рекомендовать при варке
специальных эмалей.
Фасонные огнеупорные изделия, используемые для футеровки,'
должны иметь увеличенные размеры по сравнению с обычным кир-
пичом, что приводит к уменьшению количества швов. Кладка из
любого материала должна вестись на тонких швах (толщиной не бо-
лее 1 мм), на растворе, по составу близком к материалу футеровки.
Футеровка в виде набивки обеспечивает более равномерное
разъедание по всей поверхности, но стойкость к разъеданию
в большинстве случаев меньше стойкости футеровки из специаль-
ных фасонных изделий. Это связано с более низкой температурой
обжига и с неравномерной температурой обжига по толщине
футеровки.
Толщина футеровки вращающихся эмалеварочных печей ко-
леблется от 100 до 200 мм. Для уменьшения потерь тепла через
футеровку и для повышения температуры внутренней поверхности
футеровки, а также для уменьшения температуры корпуса между
футеровкой и корпусом прокладывают слой асбеста. При тем-
пературе 250° С тепловое сопротивление асбеста в 4 раза выше
шамота и в 9 раз выше высокоглиноземистых изделий. Необходимо
учитывать, что температура на стыке слоя асбеста и огнеупора
не должна превышать 500° С.
Влияние толщины слоя футеровки на скорость разъедания
основной массы футеровки (не по швам) сказывается при толщине
неизолированной футеровки менее 100 мм.
Производительность вращающихся печей составляет 50—
1000 кг за цикл; соответственно внутренний диаметр 0,40—1,5 м
и длина печи 1—3 м.
Удельная производительность, отнесенная к 1 м2 внутренней
поверхности футеровки, составляет 25—50 кПм2-ч. Удельная
производительность, отнесенная к 1 м2 поверхности соприкосно-
вения расплава и газов, составляет 90—150 кПм2-ч.
Удельный расход тепла на варку 1 кг эмали колеблется от 1500
до 3500 ккал!кг в зависимости of температуры варки и состава эмали.
3* 35
Тепловые балансы вращающихся печей показывают следу-
ющие средние величины отдельных статей расхода (в %):
Расход тепла на физико-химические превращения........10—25
Потери тепла с отходящими газами.....................60—85
Потери тепла через ограждения........................3—Ю
Потери тепла через отверстия, аккумуляция тепла кладкой
и другие неучтенные потери .........................2—10
Приведенные средние величины показывают, что значительная
экономия топлива достигается при использовании тепла отходя-
щих газов. Величина экономии зависит от степени использования
тепла отходящих газов.
Установка рекуператоров у вращающихся печей несколько
затруднена вследствие значительного содержания пыли в отхо-
дящих газах. У печей этого типа устанавливают рекуператоры
с малым сопротивлением по пути движения газов и специальные
пылеулавливающие камеры. Пыль в этих камерах осаждается
ввиду значительного падения скорости и изменения направ-
ления движения газов, а в некоторых камерах и за счет уста-
новки решетки по пути движения газов.
Использование рекуператоров радиационного типа, установ-
ленных в вертикальных каналах, как правило, не требует устрой-
ства пылеосадительных камер ввиду отсутствия горизонтальных
поверхностей для осаждения пыли.
При установке рекуператора необходимо газоплотное соедине-
ние вращающейся печи с дымоходом. При отсутствии рекупе-
ратора в этом месте производится подсос воздуха для снижения
температуры отходящих газов, поступающих в металлический
дымоход.
Из двух типов вращающихся печей наибольшее распростра-
нение получили печи, имеющие вращение только вокруг про-
дольной горизонтальной оси. Печи, имеющие вращение вокруг
продольной и вокруг поперечной горизонтальных осей, меньше
распространены вследствие ряда эксплуатационных недостатков:
ухудшения условий труда и обслуживания, ухудшения распре-
деления шихты в печи и др.
Печи непрерывного действия. Необходимость повышения су-
точной производительности эмалеварочных печей вызвала пере-
ход от печей периодического действия к печам непрерывного
действия^ особенно при строительстве эмалеварочных заводов.
Печи непрерывного действия имеют следующие преимущества:
постоянство состава и более высокое качество эмали; непрерыв-
ность технологического процесса; снижение удельного расхода
тепла; упрощение схемы автоматизации процесса варки и обслу-
живания печи.
Значительное число конструкций печей непрерывного дей-
ствия, предложенное различными авторами,' относится к исполь-
зованию вращающейся печи в качестве печи непрерывного дей-
36
ствия. Опыты плавки различных материалов в этих печах пока-
зали, что расплав располагается в конце печи, на небольшом
участке ее длины и проходит печь со скоростью, превышающей
скорость варки. Например, при плавлении силиката натрия во
вращающейся печи длиной 8 м расплав располагался на длине
1 м при общей длительности пребывания материала в печи 2 ч.
Увеличение времени пребывания расплава в печи до необходи-
мого для варки эмали достигается созданием особой конструкции
внутренней поверхности футеровки в соответствии с изменяющи-
мися в процессе варки свойствами материала.
На практике оправдали себя печи непрерывного действия,
по конструкции сходные со стекловаренными ванными печами.
Отсутствие процесса полного осветления и дегазации и более
низкая температура варки эмали позволяют упростить конструк-
цию печей этого типа или сделать ее более совершенной и рацио-
нальной.
При непрерывной варке эмали конструкция печи должна преду-
сматривать непрерывность загрузки шихты, движения и выпуска
расплава. Наибольшее постоянство качества и состава эмали до-
стигается при непрерывном движении всей массы расплава от
места плавления шихты к месту выпуска готового расплава и при
прохождении процесса варки по всей толщине слоя расплава.
Ванная печь непрерывного действия для варки эмали, отве-
чающая указанным требованиям, представляет собой удлиненный,
мелкий бассейн с наклонным подом, имеющий с одной стороны
загрузочное приспособление, а с другой — отверстие для выпуска
расплава (рис. 13). Слой расплава, толщиной в среднем около
100 мм, находится в движении, непрерывно передвигаясь от места
загрузки к месту выпуска расплава. Малая толщина слоя обеспе-
чивает движение почти всего слоя расплава.
Топливо, газообразное или жидкое, сжигается при помощи
горелок, установленных в боковых и торцевой стенах печи. Дви-
жение газов и расплава осуществляется по принципу противо-
тока. Продукты горения отводятся из печи через отверстие в пе-
рекрытии печи, у места поступления шихты в печь, что снижает
температуру отходящих газов в момент их выхода из печи.
Непрерывный выпуск эмали тонкой струей обеспечивается
установкой специальных горелок, обогревающих выпускной лоток
и струю расплава.
При варке эмали в тонком слое в бассейне с наклонным подом
все или почти все количество тепла, потребляемого шихтой и
расплавом, передается излучением от факела пламени, газов
и внутренней поверхности ограждений газового пространства, а
также конвекцией от движущихся газов. Внутри слоев шихты
и расплава передача тепла происходит теплопроводностью, которая
усиливается за счет движения частиц расплава. Кроме того, при
лучепрозрачном расплаве тепло передается внутри слоя излу-
чением.
37
Увеличение количества тепла,
передаваемого шихте и расплаву,
в основном достигается увеличением
температуры газов и факела пламени.
При этом увеличивается коэффициент
теплоотдачи и разность температур,
что приводит к увеличению количе-
ства передаваемого тепла. Увеличе-
ние температуры в ванных печах
более безопасно, чем во вращающих-
ся печах, ввиду отсутствия очень
тонких слоев и нитей расплава, а в не-
которых случаях и благодаря боль-
шему расстоянию от факела пламени
до расплава.
Общий и удельный расход топ-
лива снижается при уменьшении ко-
эффициента избытка воздуха, иду-
щего для горения топлива, и при
тщательной изоляции ограждений
печи. На рис. 14 приведен расход
природного газа в зависимости от
коэффициента избытка воздуха, со-
ставленный при следующих усло-
виях: температура отходящих газов
1350° С, воздух, используемый для
горения топлива, нагрет до 300° С,
расход топлива при коэффициенте
избытка воздуха а = 1,2 принят за
•единицу.
В печах, сжигающих топливо
с применением холодного воздуха,
низкий удельный расход топлива
достигается максимальным уменьше-
нием коэффициента избытка воздуха
и изоляцией значительной части
кладки. Прэтому для многих печей
такого типа удельный расход топлива
равен, а иногда и меньше удельного
расхода топлива в печах с исполь-
зованием тепла отходящих газов.
Кладка печи в местах соприкос-
новения с расплавом (кладка бас-
сейна) выполняется из шамотного,
высокоглиноземистого или другого
высококачественного огнеупора. Для
удлинения кампании печи ее кладка
выполняется из огнеупорных фасон-
38
иых изделий крупных размеров, в частности из брусьев стекло-
варенных печей. С той же целью шамотный огнеупор заменяют
высокоглиноземистым.
Ограждения газового пространства печи — свод и стены —
выкладываются из шамотного кирпича. Варка при температурах
свыше 1350° С требует применения высокоглиноземистого или
динасового огнеупора.
Чтобы уменьшить потери тепла через кладку бассейна, а также
перепад температур по слою расплава, кладку бассейна на многих
печах изолируют и утепляют. Для
этого требуется высокое качество
огнеупора, что обеспечивает невоз-
можность протекания расплава
сквозь швы кладки. Невыполнение
последнего условия приводит к всплы-
тию отдельных кирпичей или брусьев
и к остановке печи на ремонт.
Свод и стены газового простран-
ства изолируются для уменьшения
потерь тепла и, следовательно, рас-
хода топлива. Огнеупорность мате-
риала изоляционного слоя — шамот-
ного или динасового легковеса, —
соприкасающегося непосредственно
. с огнеупорной кладкой, должна
быть близка к огнеупорности основ-
ной кладки. Диатомитовый кирпич
используется для второго слоя
Рис. 14. Зависимость расхода
топлива от коэффициента из-
бытка воздуха
изоляционной кладки.
Тщательная теплоизоляция ограждений печи, интенсивное
сжигание топлива, движение газов и расплава по принципу про-
тивотока и пониженная температура отходящих газов обеспечи-
вают малый удельный расход тепла на варку 1 кг эмали. Удельный
расход составляет 1500—2500 ккал!кг сваренной эмали. Те же
условия обеспечивают значительный по величине поток тепла
к шихте и расплаву, что способствует интенсификации процесса
варки. Удельный съем с 1 м2 горизонтальной поверхности бас-
сейна достигает 1500—2000 кг!сутки.
Постоянство теплового режима и непрерывность всего про-
цесса варки, включая загрузку шихты и выпуск расплава, обес-
печивает высокое и постоянное качество эмали.
Электрические печи. Использование электроэнергии для на-
грева эмалеварочных печей имеет следующие преимущества:
1) повышение качества эмали вследствие отсутствия продук-
тов горения топлива и самого топлива, влияющих на качество
эмали;
2) повышение к. п. д. печи вследствие отсутствия потерь тепла
с продуктами горения топлива, уменьшения потерь тепла через
ограждения и более эффективное использование тепла;
39
3) ускорение процесса варки и улучшение удельных показа-
телей работы печи благодаря созданию требуемого теплового
режима в соответствии с технологическим процессом варки эмали
и возможности его изменения в необходимых пределах;
4) отсутствие топливного хозяйства и топливоподачи, воздуш-
ных и дымовых каналов, дымовой трубы или дымососа с дымовой
трубой;
5) упрощение схемы автоматического регулирования тепло-
вого режима в печи;
6) отсутствие уноса легких и пылевидных частиц шихты и
резкое сокращение потерь компонентов эмали за счет избиратель-
ной летучести.
Варка эмали производится в электрических печах сопротивле-
ния прямого действия, где сам расплав является нагревателем,
и в высокочастотных электрических печах с нагревом в магнитном
или электрическом поле.
Печи сопротивления прямого действия для варки эмали пред-
ставляют собой ванные печи. В бассейнах, заполненных распла-
вом, выделяется тепло, необходимое для получения готовой эмали
из шихты и для возмещения всех тепловых потерь. В печах этого
типа иные принципы передачи тепла шихте и расплаву, чем в пла-
менных. В пламенных печах источник тепла — факел пламени —
находится в газовой среде, над шихтой и расплавом, а в электри-
ческих ванных печах — внутри расплава, причем максимум
температур находится также в расплаве, приблизительно против
центра электродов.
Передача тепла в расплаве происходит за счет теплопровод-
ности, излучения и частично конвекции от мест с максимальной
температурой к местам с минимальной температурой. Плавающая
и частично погруженная в расплав шихта в случае открытой ее
поверхности получает тепло только от расплава теми же спосо-
бами. Передача тепла внутри загруженной и частично расплавлен-
ной шихты происходит за счет теплопроводности. Передача тепла
ограждению бассейна аналогична передаче тепла шихте. Огра-
ждениям газового пространства тепло (для компенсации тепловых
потерь) передается благодаря излучению зеркалом расплава и
в меньшей степени конвекцией среды в газовом пространстве.
В электрических ванных печах, имеющих ограждения над
местом загрузки и расплавления шихты, передача тепла шихте
происходит дополнительно вследствие излучения от внутренней
поверхности’ ограждений и конвекцией от движущихся в этом
пространстве газов.
Наличие в бассейне участков с различной температурой создает
конвективные потоки расплава от мест с более высокой темпера-
турой к местам с более низкой температурой, способствующие
переносу тепла из одной части печи в другую, перемешиванию
расплава, а в некоторых случаях и ухудшению качества эмали за
счет поступления к выпускному отверстию непроваренной шихты.
40
Регулируя температурный режим, можно избежать указанных
вредных конвективных потоков расплава.
В качестве материалов для электродов, находящихся в рас-
плаве, практически используют платину, молибден, графит и
иногда (для варки грунтов) — сталь или железо. Выбор мате-
риалов электродов связан с необходимостью избежать или умень-
шить до очень малых величин растворение электродов в расплаве.
Применение того или иного материала обусловливается составом
эмали, требованиями к ее качеству, размерами и конструкцией
печи. Для большинства составов можно применять молибденовые
электроды.
Растворение железных или стальных электродов в расплаве
значительно уменьшается в случае применения воздушного охла-
ждения этих электродов. Поэтому железные или стальные элек-
троды выполняются в виде пустотелых параллелепипедов с откры-
той одной торцевой гранью и с закругленными ребрами и углами.
Подача охлаждающего воздуха производится через открытую
грань.
Во избежание окисления молибденовые и графитовые электроды
требуют охлаждения участков, не находящихся в расплаве, но
имеющих высокую температуру. При обычных конструкциях
печей и электродов такие участки расположены в местах прохода
электродов через кладку. Охлаждение осуществляется при по-
мощи манжета — цилиндрического холодильника, плотно охва-
тывающего электрод.
Все схемы расположения электродов могут быть объединены
в три группы: пристенных электродов, сквозных или полусквоз-
ных электродов и донных электродов. В последнее время на боль-
шинстве печей устанавливаются сквозные или полусквозные и
донные электроды. Железные или стальные электроды, требующие
воздушного охлаждения, выполняются только пристенными. Пла-
тиновые, молибденовые и графитовые электроды могут быть
пристенными, сквозными или полусквозными и донными.
Форма электродов: для пристенных — параллелепипед (ко-
робчатая) для железных или стальных материалов и пластинча-
тая для остальных материалов; для сквозных или полусквозных
и донных — стержневая.
Бассейн обычно имеет прямоугольную форму, но имеются
бассейны треугольной и других форм. Площадь зеркала расплава
бассейна зависит от производительности печи, а линейные раз-
меры бассейна — от расположения электродов. Глубина бассейна
не превышает 500—700 мм.
Газовое пространство над бассейном предназначено только
для наблюдения за работой печи и для текущих ремонтов. Поэтому
высоту этого пространства ограничивают минимальными разме-
рами 300—400 мм.
Кладка бассейна выполняется из шамотных, высокоглино-
земистых или других брусьев, устойчивых против воздействия
41
расплава, чтобы обеспечить малое разъедание стен и пода бассейна.
Ограждения газового пространства изготовляются из шамотного
или высокоглиноземистого кирпича.
В зависимости от производительности и величины печи, ее
конструкции, расположения электродов и их количеств^, печи
могут быть однофазными и трехфазными. Пристенное расположе-
ние электродов или наличие одной пары сквозных или полусквоз-
ных электродов обусловливает работу печи как однофазной.
При другом количестве электродов возможны как однофазная,
так и трехфазная печи.
Количество электродов предопределяет решение о разделе-
нии печи на отдельно регулируемые зоны. При этом в каждой
зоне обеспечивается возможность создания самостоятельного теп-
лового режима, только частично связанного с остальными зонами.
Печи малой производительности имеют в большинстве случаев
одну зону, в которой режим создается расположением и количе-
ством электродов в различных ее частях. Печи большой произво-
дительности имеют не более трех самостоятельно регулируемых
зон.
Схемы регулирования по температуре или по силе тока преду-
сматривают автоматическое сохранение заданного температурного
режима по всей печи.
Для разогрева печи и для расплавления впервые наваривае-
мой эмали электрические ванные печи снабжены временно уста-
навливаемыми горелочными устройствами или силитовыми стерж-
нями. Расход электроэнергии для варки 1 кг эмали не превышает
1—2 кет -ч/кг и уменьшается с увеличением производительности
печи. Удельный съем с 1 .и2 поверхности зеркала эмали состав-
ляет 1000—2000 кг/м2 в сутки и зависит от величины печи, состава
эмали и температуры варки.
Эмаль высокого качества, в составе которой 15,6% В2О3,
19,4% Na2O + К2О и 7,8% F (сверх 100%) сварена при темпера-
туре 1200° С в опытной электропечи Ереванского научно-исследо-
вательского химического института, имевшей площадь зеркала
варочной части 0,3 м2 и глубину расплава 0,65 м. Удельная про-
изводительность печи 1850 кг!м2 в сутки при расходе 1,86 квт-ч
на 1 кг сваренной эмали. Печь снабжена молибденовыми электро-
дами и все зеркало варочной части печи покрыто слоем шихты.
В выработочной части печи для уменьшения улетучивания
компонентов применен муфельный нагрев. Суммарная величина
улетучивания фтора менее 5% и борного ангидрида менее 1,5%
[18].
Работа высокочастотных установок для варки эмали наиболее
эффективна при непрерывности процессов подачи шихты, варки
и выпуска готовой эмали. Использование высокочастотных .уста-
новок для периодической варки небольшого количества эмали*'
может быть'допущено только для эмали особого состава и & осо-
бых случаях.
42
К высокочастотным установкам для непрерывной варки эмали
предъявляются следующие требования: одновременное и непре-
рывное прохождение в одном сосуде для варки всех процессов
варки эмали; уменьшение до минимума возможности попадания
непроваренной массы в выпускное отверстие; возможность неко-
торой регулировки производительности установки, а в некоторых
случаях и полное прекращение процесса с последующим его
возобновлением.
2. ВАРКА
Выводка печи
До первой варки во вновь построенной печи ее необходимо
предварительно хорошо просушить горячим воздухом. Выводку
печи — разогрев — производят достаточно медленно во избежа-
ние растрескивания кладки или футеровки. Особенно медленно
поднимают температуру в начале разогрева, когда из глины, за-
полняющей швы кладки, выделяется гигроскопическая, а затем
гидратная вода. Выводку следует производить до температуры
полного спекания глины, обычно не ниже 1300—1350° С. Ванная
рекуперативная печь емкостью 2 т расплава требует для выводки
около трех суток. Вращающаяся печь на 1 т расплава разогре-
вается за двое суток. При хорошо проведенной выводке срок
службы печи значительно удлиняется. После выдержки печи
в течение нескольких часов при максимальной температуре
варочный бассейн или футеровку «обмазывают» — покрывают
слоем вязкого стекла. Цель обмазки — изолировать внутреннюю
поверхность печи от непосредственного соприкосновения с сильно
разъедающими огнеупор компонентами шихты: сода, бура и др.
Для обмазки следует применять достаточно вязкое стекло,
например бой оконного или бутылочного стекла, но не легкоплав-
кие эмали. Расплавленное стекло заполняет открытые поры,
имеющиеся в огнеупоре, а взаимодействие с ним способствует
образованию в поверхностном слое муллита, обладающего высо-
кой устойчивостью к действию стекольных и эмалевых расплавов.
После выдержки расплавленного стекла в печи в течение
2—3 ч (вращающуюся печь при этом медленно вращают) расплав
-выпускают. На этом заканчивается подготовка печи к варке
эмали.
Процессы, происходящие во время варки
Шихту засыпают в разогретую печь. Рыхлая шихта зани-
мает объем в 2—2,5 раза больший, чем выплавляемая из нее
эмаль. Поэтому при варке эмали в тиглях шихта загружается
в 2—3 приема, причем каждая последующая засыпка произво-
дится после того, как предыдущая осядет и оплавится.
43
В ванных и вращающихся печах по условиям процесса варки
не требуется наполнения печи, и шихту загружают в один прием.
По мере прогрева шихты в ней происходят изменения химиче-
ского и физического характера. Уже при температуре около
70° С плавится бура в своей гидратной воде, затем удаляется
гигроскопическая вода из сырьевых материалов, бурное выделе-
ние которой происходит при температурах 100—120° С. При
относительно низких температурах плавятся азотнокислые соли
лития, натрия и калия (245, 318 и 336° С).
При температуре 575° С существенные изменения происходят
с зернами кварцевого песка. 0-кварц, устойчивый при низкой
температуре, переходит в а-кварц, что сопровождается рез-
ким изменением объема, и в кварцевых зернах образуются микро-
трещины, облегчающие взаимодействие кварца с другими компо-
нентами шихты и ускоряющие растворение зерен песка в расплаве.
При температурах 600—700° С в шихте протекает ряд хими-
ческих реакций, в частности образование из углекислых натрия
и кальция двойного соединения CaNa2 (СО3)2 и его взаимодей-
ствие с кремнеземом, сопровождающееся выделением углекислоты
и образованием силикатов натрия и кальция [2, стр. 76].
При более низких температурах образуются бораты. В много-
компонентных шихтах, особенно в шихтах, содержащих борную
кислоту и фториды, реакции проходят быстрее и при более низких
температурах. В процессе варки таких шихт образуются много-
численные эвтектики, способствующие полному провару шихты
и растворению зерен кремнезема.
Ряд реакций между компонентами шихты происходит и в твер-
дом состоянии. Такие реакции начинаются уже при температуре
около 400° С, реакция между кремнеземом и карбонатами — при
500° С [3, стр. 168].
Процессы, протекающие при нагревании шихт разнообразных
по составу стекол, достаточно изучены. Процесс образования сили-
катов и боросиликатов в обычных эмалевых шихтах завершается
при температурах 800—900° С. При этих температурах может быть
проведена варка большей части эмалей при условии, что компо-
ненты вводятся в шихту в чрезвычайно раздробленном виде и что
для варки имеется достаточное количество времени. Однако сили-
катный расплав, нагретый даже до температуры 1400° С и выше,
содержит еще небольшое количество неразложившихся карбона-
тов и воды. Остаточная вода в стеклах содержится в незначитель-
ных количествах: 25—90 см2 водяного пара в 100 г стекла, но она
оказывает влияние на вязкость и другие свойства стекол. Осо-
бенно склонны удерживать воду стекла и эмали, содержащие
борный ангидрид и окись алюминия. Из борного ангидрида,
например, вода полностью удаляется лишь прокаливанием при
температуре 1400° С в течение 4 ч [19—21].
На практике варка эмали протекает несколько иначе, чем
описано выше. Наибольшее количество времени затрачивается
44
на прогрев шихты и на растворение в расплаве зерен кварца.
Для ускорения этих процессов варку производят при более высо-
ких температурах, чем это необходимо теоретически (рис. 15).
Чрезмерное повышение температуры варки однако недопустимо,
так как это ведет к резкому увеличению растворения огнеупора
и избирательному улетучиванию компонентов расплава.
При засыпке в печь шихты последняя начинает плавиться
в верхних слоях. Из-за малой теплопроводности рыхлой шихты
прогрев ее происходит медленно, и в то время, как в верхних
слоях уже образуется рас-
плав, в более глубоких
слоях шихта остается даже
неспеченной. Считают, что
в первом приближении
продолжительность варки
пропорциональна толщине
слоя.
Шихта, попадающая на
горячий под или футеров-
ку печи, начинает спе-
каться и снизу, однако
этот процесс быстро пре-
кращается из-за малой теп-
лопроводности шихты и
охлаждения пода холодной
шихтой. Лишь в непре-
Рис. 15. Продолжительность варки фторис-
той эмали (до полного растворения зерен
кварца) в зависимости от температуры
рывно действующих ван-
ных печах, в которые ших-
та засыпается относитель-
он малыми порциями на
слой расплава эмали, шихта плавится как сверху, так и снизу.
В ванных печах периодического действия процесс прогрева
шихты обычно ускоряют, разворачивая ее при помощи лома вруч-
ную. Во вращающихся печах это достигается вращением печи.
При плавлении шихты и реакциях, происходящих в ней,
выделяется чрезвычайно большое количество газов, в основном
углекислоты, окислов азота и паров воды. По весу это коли-
чество газов составляет 15—18% от веса расплава, а по объему
выделяющиеся газы в 600—700 раз превышают-объем шихты.
Плавящаяся шихта поэтому представляет собой вспучивающуюся,
как бы кипящую массу. Образующиеся легкоплавкие эвтектиче-
ские смеси стекают вниз и пропитывают нижележащие слои
шихты, при этом нарушается однородность и происходит расслое-
ние расплава. Затем постепенно прогреваются и плавятся и ниже-
лежащие слои шихты.
Реакции в твердом состоянии практического значения не
имеют, так как уже при низких температурах плавятся некоторые
компоненты и реакции идут в расплаве.
45
После прогрева шихты и образующего расплава до темпера-
туры печи варка эмалей, не содержащих кремнезема (фосфатных
эмалей), а также эмалей с низким содержанием кремнезема (не-
которых эмалей для алюминия) обычно заканчивается. Если
эмали содержат 40% кремнезема и более, после окончания реак-
ций, сопровождающихся выделением газов, в расплаве находится
значительное количество зерен песка, растворение которых про-
исходит весьма медленно. Для ускорения варки кремнезем в шихту
вводят не в виде песка, а в виде мелкомолотой кварцевой муки.
В этом случае, как и
Рис. 16. Время растворения кварца в рас-
плаве титановой эмали (эмаль плюс20% квар-
ца) при температуре 1100°С в зависимости
от диаметра зерна кварца
при введении в шихту дру-
гих тонкоизмельченных
тугоплавких компонентов,
следует предупреждать их
комкование просеиванием
и тщательным перемеши-
ванием шихты.
Как видно из рис. 16,
измельчение песка резко
сокращает продолжитель-
ность варки эмали. Уско-
рение варки сопровож-
дается уменьшением потерь
на улетучивание из рас-
плава наиболее ценных
компонентов (боратов,
окиси свинца, фторидов),
а также и уменьшением
разъедания огнеупора.
Во время варки эмали
происходит и ряд сопут-
ствующих процессов. К основным из них относятся следующие.
1. Унос потоком пламенных газов наиболее легких пылевид-
ных частей шихты (магнезии, окиси алюминия, соды и др-.), осо-
бенно во время ее засыпки. При оплавлении тонкого поверхност-
ного слоя шихты это явление еще не прекращается, так как выде-
ляющиеся в большом количестве из нижележащих слоев шихты
пары и газы, прорывая сплавившийся слой, выносят пылевидные
частицы в атмосферу печи.
2. Избирательное улетучивание из расплава компонентов
эмали. Особенно сильно улетучиваются фториды и другие фтор-
содержащие соединения, окись свинца и щелочные бораты. Бор-
ный ангидрид мало летуч даже при высоких температурах, но
летучесть его чрезвычайно увеличивается при наличии воды или
щелочных окислов, с которыми он образует летучие соединения.
Щелочные окислы также не столь сильно улетучиваются из
расплава эмали. Однако летучесть их возрастает в десятки раз
при наличии в расплаве борного ангидрида.
46
Сильная летучесть компонентов наблюдается в первый период
варки, что объясняется выделением из шихты большого количества
газов, способствующих улетучиванию. Улетучивание из готового
расплава значительно понижается. Особенно уменьшается лету-
честь компонентов в электрических печах, где над расплавом нет
потока пламенных газов. Потеря летучих компонентов происходит
со свободной поверхности расплава, и поэтому изменение состава
эмали за счет потерь от улетучивания зависит от отношения объема
к свободной поверхности расплава. В обычных эмалеварочных
печах потери на унос пылевидных частей шихты и на избиратель-
ное улетучивание компонентов расплава составляют в среднем
4—5%.
3. Растворение огнеупоров расплавом эмали составляет за-
метную величину, при этом расплав обогащается кремнеземом
и глиноземом. Новая огнеупорная кладка или футеровка раство-
ряется'меньше. После многократных варок эмали огнеупор ока-
зывается сильнскразъеденным и поверхность контакта его с распла-
вом резко увеличивается.
Обогащение расплава растворенным огнеупором зависит от
отношения поверхности контакта к объему расплава.
В результате описанных выше процессов состав сплавленной
эмали значительно отличается от расчетного. В табл. 10 приводятся
данные о составе одной эмали по синтезу и анализу, а также
Таблица 10
Теоретический и фактический состав (в вес. %) эмали / s
и анализ улетучивающихся компонентов [3, стр. 176] J
Компоненты Состав эмали Состав эмалевой пыли и летучих- (по анализу.)
рассч итанный (но синтезу) найденный (по анализу)
SiO2 26,87 28,70 16,16
А12О3 8,70 8,85 6,86
Fe2O3 — 0,27 . —
СаО 4,90 3,29 7,85
MgO 0,15 0,18 0,31
ВаО 9,20 9,22 1,19
ZnO 10,60 11,35 2,95
РЮ 1,48 1,59 3,15
В 2^3 12,18 11,34 14,84
Na2O 10,22 8,57 8,59
К2О 5,35 5,62 2,82
Sb2O3 9,20 8,92 7,74
F 4,46 2,38 27,69
47
данные анализа пылевидных и летучих компонентов, осевших
в борове печи.
Как видно из табл. 10, содержание кремнезема увеличилось
почти на 2%, что объясняется главным образом улетучиванием
ряда компонентов расплава, а также растворением огнеупора.
Значительно уменьшилось содержание окиси натрия (на 1,65%),
фтора (почти вдвое) и борного ангидрида (на 0,84%). Эти потери
объясняются летучестью бората натрия, фтористого бора и осо-
бенно фтористого натрия.
Потери, вызванные уносом пылевидных составляющих шихты
и улетучиванием компонентов, обусловлены в значительной
степени типом и конструкцией печи, а также и режимом варки
эмали.
Несмотря на значительные расхождения в расчетном и факти-
ческом составе эмали, получение эмалей неизменного от варки
к варке состава вполне возможно при соблюдении постоянных
условий варки. Установленные в отношении температуры и вре-
мени режимы варки для данного сорта эмали должны соблюдаться
с возможной точностью. Это относится также к составу шихты,
ее гранулометрии й содержанию воды. Небольшие неизбежные
расхождения в составе эмали выравниваются смешением гранул
различных варок.
Независимо от того, в каких печах производится варка эмали,
периодических или непрерывного действия, временная остановка
их является нежелательной, так как при охлаждении печи футе-
ровка ее или огнеупор растрескиваются из-за разности в термиче-
ском расширении огнеупора и эмали. При повторном разогрева-
нии печи растрескивание огнеупоров увеличивается, что приводит
к быстрому его разрушению и появлению включений шамота
(«камней») в эмалевом расплаве.
Часто приходится в одной печи последовательно варить раз-
личные эмали. В этих случаях необходимо так подбирать эмали,
чтобы изменения в их составе не были чрезмерно резкими. Осо-
бенно это относится к окрашенным эмалям, поэтому не рекомен-
дуется, например, после грунтов варить белые эмали.
При переходе от варки одной эмали к другой следует печь
освободить от расплава, затем «промыть» ее 1—2 раза, т. е. сварить
в ней шихту новой эмали, которая затем используется в качестве
добавки на мельницу к таким эмалям, как зеленая хромовая,
красно-коричневая и др. [22].
Выработка эмали. Сваренную эмаль нужно резко охладить
и подготовить для последующего измельчения. Это достигается
главным образом грануляцией эмали. Различают грануляцию на
воду, водяной струей и воздушную грануляцию.
Грануляция на воду состоит в том, что расплав тонкой струей
выпускают в бак с холодной водой. Бак лучше всего изготовлять
из нержавеющей стали с двойным дном, которое имеет мелкие от-
верстия для спуска воды, задерживающие гранулы. Емкость бака
48
должна по меньшей мере в 4—5 раз превышать объем гранули-
руемой эмали. Грануляция производится при постоянном притоке
холодной воды. Во избежание получения слишком крупных мед-
ленно остывающих кусков фритты образующиеся гранулы пере-
мешивают гребком из нержавеющей стали. Для отвода избытка
воды в верхней части бака имеется сливная труба, а для спуска
воды — труба между доньями. Для удобства перемещения бак
снабжается колесами.
Грануляция водяной струей отличается тем, что на выпускаемую
в воду струю расплава направляют почти под прямым углом струю
воды (рис. 17). При этом способе получают резкое охлаждение
расплава, более мелкие, равномерные гранулы, что сокращает
время помола фритты на 2—3 ч.
Из других способов выработки получил распространение,
особенно при непрерывной варке в ванных печах, способ валь-
цовки. Струя эмали, вытекающая из печи, проходит между двумя
охлаждаемыми изнутри проточной водой стальными, слегка рифле-
ными валками [3, стр. 181; 23, стр. 58]. При этом получают ленту
из эмали, толщиной около 0,8 мм и шириной 50—60 см. Произво-
дительность установки около 450 кг!ч. Эмалевая лента падает на
вибрирующий, охлаждаемый водой транспортер из нержавеющей
стали и разбивается на пластинки размером 20x20 мм. При валь-
цовке расплав охлаждается более резко, чем при грануляции на
воду. Если гранулы получаются внутри еще заглушенными, то
пластинки оказываются прозрачными. Это имеет некоторое значе-
ние для производства грунтов и эмалей, особенно белых титано-
вых. При грануляции на воду происходит некоторое изменение
химического состава эмали из-за выщелачивания, а состав эмали,
выработанной в виде пластинок, остается неизменным. Пластинки
размалываются быстрее и равномернее, чем гранулы. Основное
4 В. В. Варгин 49
преимущество вальцовки заключается в том, что не требуется
сложной и трудоемкой операции сушки фритты.
При грануляции расплава на воду следует воду из бака тот-
час же слить через патрубок, при этом некоторая часть влаги испа-
ряется за счет собственного тепла горячих гранул.
Гранулы, предназначенные для мокрого помола, можно не
сушить, а затаривать их в емкости, где они с течением времени
подсыхают. Однако перед загрузкой мельницы для точного расчета
мельничных добавок необходимо определять влажность гранул.
Сушка гранул пудровых эмалей, а также гранул, отправляемых
заказчикам, обязательна.
Гранулы сушат в сушилах разнообразных конструкций, на-
чиная от самых примитивных периодического действия до непре-
рывно действующих барабанного типа большой производитель-
ности, в которых сухой, горячий, очищенный от пыли воздух
подается навстречу поступающим гранулам [23, стр. 59]. Для высу-
шивания 1 т гранул, содержащих обычно 8% воды, затрачивается
около 100 тыс. ккал тепла. Для сушки желательно использовать
тепло отходящих газов эмалеплавильных печей. Сушильные уст-
ройства изготовляют из нержавеющей стали и футеруют керамиче-
скими плитками.
Высушенные гранулы, а также пластинки эмали хранят в дере-
вянных или стальных эмалированных емкостях.
Запускать эмали в производство или смешивать вместе гранулы
различных варок можно только после контроля и заключения ОТК.
Особенности варки в печах различного типа
Тигельные печи. При варке в тигельных печах шамотные
тигли предварительно медленно, в течение 4—5 ч, обжигают
в опечке до температуры 800—900° С, а затем помещают в эмале-
варочную печь с температурой около 1000° С, где за 1—2 ч их на-
гревают до температуры 1250—1300° С. Температуру печи изме-
ряют при помощи термопары, установленной в своде печи, а также
оптическим пирометром. Тигли поочередно вынимают и в них
засыпают шихту в 2—3 приема. Иногда кратковременно (5—10 сек)
размешивают расплав, стальным прутом 1—2 раза. При варке
в кварцевых тиглях не требуется их предварительной выводки
(обжига).
Сваренную эмаль, о чем судят по пробе (стр. 425), гранули-
руют на воду или отливают в виде тонкой лепешки на стальную
плиту.
В еще не успевшие остыть тигли засыпают следующую порцию
шихты. Тигли обычно выдерживают от 3 до 5 варок эмали.
При варке в тиглях эмаль получается высокого качества. Воз-
действие пламени на расплав здесь наименьшее и легко дости-
гаются окислительные условия, необходимые при варке свинцовых
и некоторых окрашенных (СиО, МпгОд) эмалей. Улетучивание
50
компонентов также невелико, особенно при закрывании тиглей
крышками. Из-за относительно большой поверхности контакта
расплава с огнеупором в эмаль переходит значительное его коли-
чество.
Вращающиеся печи. Варка грунтов и эмалей во вращающихся
печах в зависимости от их состава производится при температурах
1000—1400° С и продолжается обычно 1—3 ч. Шихту загружают
в печь, разогретую до температуры варки или на 100—150° Свыше,
из соответствующей емкости обтекаемой формы, что способствует
быстрому и полному опо-
рожнению емкости. При
использовании специаль-
ных смесителей засыпка
производится непосредст-
венно из них.
На время засыпки по-
дачу горючего и воздуха
прекращают во избежание
уноса пылевидных частиц
шихты. После засыпки люк
закрывают, а шихту раз-
равнивают по печи с по-
мощью стального гребка,
насаженного на стальной
прут.
За время загрузки
шихты температура печи
падает на 200—300° С.
После загрузки включают
подачу горючего и печь
оставляют неподвижной
примерно на 10 мин. Затем
Рис. 18. Расплав эмали во вращающейся
печи:
1 — до вращения; 2 — после поворота на 45°;
3 — после поворота на 90°; 4 — при непрерывном
вращении
печь поворачивают на четверть оборота и снова оставляют непо-
движной на 10 мин. Производят еще три поворота с перерывами
в 10 мин до полного оборота печи, затем сообщают печи постоян-
ное вращение со скоростью 0,3—0,5 об!мин. На рис. 18 показано
положение расплава эмали во вращающейся печи. При большей
скорости вращения расплав не стекает струями, а остается на
стенках печи. Пробу эмали берут стальным прутом или черпаком
через торцовое отверстие печи. Через это же отверстие измеряют
температуру, печи оптическим пирометром.
Варка во вращающейся печи протекает быстро благодаря
большой поверхности соприкосновения пламени и плавящегося
материала. Однако при этом увеличиваются потери за счет уле-
тучивания компонентов, а также создаются восстановительные
условия. При варке во вращающихся печах эмаль получается
весьма однородной. Воспроизводимость эмалей от варки к варке
хорошая.
4*
51
Готовый расплав гранулируют на воду, для чего прекращают
подачу горючего, открывают люк и печь медленно поворачивают
люком вниз, регулируя этим скорость вытекания струи расплава.
Выработка эмали с помощью вальцов встречает затруднения из-за
малой производительности таких установок.
После грануляции выпускной люк закрывают и печь снова разо-
гревают до температуры варки.
Ванные печи непрерывного действия. Шихта загружается
на поверхность расплава эмали относительно малыми порциями
(100—-150 кг) с интервалами 15—30 мин. Сваренная эмаль выте-
кает с другого конца печи в виде непрерывной струи. Непрерыв-
ность процесса создает возможность полной его автоматизации,
как в ванных стекловаренных печах [2, стр. НО]. Уровнемер свя-
зан с загрузчиком шихты и при понижении уровня расплава оче-
редная порция шихты загружается в печь. Температура печи
также может поддерживаться автоматически при помощи термо-
пар, связанных с устройствами, регулирующими подачу топлива.
Эмаль получается однородной, постоянного состава. Особенно
высокое качество эмали достигается в электрических ванных
печах (см. стр. 39).
Выработка эмали осуществляется вальцовкой в виде пластинок.
Все преимущества этого способа выработки особенно полно прояв-
ляются при непрерывной варке в ванных печах.
Особенности варки эмалей различного типа
Различные по типу эмали требуют соблюдения определенных,
иногда резко различающихся условий варки.
Эмали и грунты для стали. Грунты не требуют каких-либо
особых условий варки и получаются достаточно качественными
в печах всех конструкций. Температура варки составляет обычно
1150—1300° С. При наиболее низкой температуре варят легко-
плавкие многоборные, так называемые «мягкие» грунты. Наиболее
высокая температура варки требуется для безборных грунтов,
содержащих обычно большое количество кремнезема.
Желательно соблюдение окислительных условий варки во
избежание восстановления почти всегда присутствующей в грунтах
окиси марганца Мп2О3 до закиси МпО. Марганец в виде окиси спо-
собствует лучшему сцеплению грунта со сталью, являясь пере-
носчиком кислорода в процессе обжига грунта.
Грунты должны вариться до полного провара; применение не-
проваренных грунтов, как это иногда рекомендуется с целью полу-
чения лучшего шликера, нецелесообразно, так как состав и свой-
ства непроваренных грунтов значительно изменяются от варки
к варке. Свойства грунтов при резком охлаждении их расплава
улучшаются; это особенно относится к безборным грунтам с боль-
шой склонностью к кристаллизации, поэтому выработка грунтов
в виде пластинок весьма желательна.
52
Фтористые белые эмали варят при низкой температуре (1100—
1200° С) в течение короткого времени главным образом из-за боль-
шой летучести фтористых соединений. Варка при низкой темпера-
туре возможна, так как фтор является сильным плавнем и рас-
плавы эмалей с высоким содержанием фтора жидкие. Потери фтора
при нормальном процессе варки фтористой эмали составляют 30—
50%. Эти потери в сильной степени зависят от состава эмали и
шихты, от влажности последней, а также от температуры и про-
должительности варки. Улетучивание.фтора зависит и от сырьевых
материалов, с которыми вводится фтор. Наибольшая потеря фтора
наблюдается, когда фтор вводится в виде кремнефтористого натрия,
так как при нагревании до 200° С он распадается с образованием
газообразных (SiF4) и легко улетучивающихся (NaF) соединений:
Na2SiF6 —> 2NaF + SiF4.
. При замене криолита и плавикового шпата кремнефтористым
натрием, при соответствующем пересчете шихты, всегда полу-
чается менее заглушенная фритта.
Существует много соединений, в виде которых фтор может уле-
тучиваться в процессе варки: H2F2, NaF, SiF4, BF3, A1F3 и др.
Однако, несмотря на ряд проведенных исследований [3, стр. 177],
данные о том, в виде каких соединений фтор улетучивается в про-
цессе варки эмали и каким образом на летучесть влияют различ-
ные факторы, противоречивы. Большинство исследователей счи-
тают, что улетучивание фтора происходит в виде NaF, а в присут-
ствии больших количеств борного ангидрида и воды — в виде BF3
и H2F2.
Улетучивание фтора происходит главным образом в первый
период варки, пока еще не закончились реакции стеклообразова-
ния. Улетучиванию способствуют пары воды, реагирующие с фто-
ридами с образованием фтористоводородной кислоты. Бурно выде-
ляющиеся из шихты различные газы также способствуют уносу
летучих фтористых соединений. Из готового расплава фтор улету-
чивается мало, если температура расплава не слишком высока.
Фтор редко полностью улетучивается из расплава, однако с по-
терей фтора глушение сильно ослабляется, а когда в расплаве
остается 2—3% F, глушение исчезает.
Расплав фтористых эмалей совершенно прозрачен, но при тем-
пературе ниже 900° С глушение наступает даже при резком охлаж-
дении. Гранулы фтористых эмалей поэтому обычно заглушены.
Глушение сильно увеличивается при вторичной термической обра-
ботке — при обжиге эмалевого покрытия.
Для фтористых эмалей особенно важно соблюдение как постоян-
ных условий варки, так и постоянства состава шихты и ее влажно-
сти. Так как фтористые эмали содержат почти предельное количе-
ство фтора, то изменение условий варки в сторону, благоприят-
ствующую сохранению его в расплаве, в частности недоплавление.
эмали, часто приводит к потере блеска и получению в гранулах
53
чрезмерно крупных кристаллов фторидов (NaF). Способ грануля-
ции мало сказывается на качестве фтористых эмалей.
Белые титановые эмали требуют окислительных условий варки,
которые создаются не только подачей в печь избытка воздуха,
но также и введением в состав шихты больших количеств селитры.
При восстановительных условиях варки окись железа, неизбежно
присутствующая в виде загрязнений в шихтных материалах, пере-
ходит в закись, которая образует с титаном сильно окрашенные
в грязно-желтый цвет соединения. При сильно восстановительных
условиях варки двуокись титана частично восстанавливается до
низших кислородных соединений, окрашивающих гранулы эмали
в фиолетовый цвет, а эмалевое покрытие — в серый. При окисли-
тельных условиях варки допустимо относительно высокое содержа-
ние окиси железа, порядка 0,1—0,2%.
Особенно опасны для белой титановой эмали загрязнения соеди-
нениями хрома [1, стр. 130]. Поэтому особое внимание необходимо
обращать на предупреждение попадания даже ничтожных коли-
честв хрома в процессе варки и выработки титановой эмали. Доста-
точно 1 г окиси хрома на 100 кг фритты, чтобы вызвать заметный
желтый оттенок эмалевого покрытия. Недопустима варка титано-
вой эмали в печи, в которой варилась какая-либо эмаль, содер-
жащая соединения хрома, даже после тщательной «промывки»
печи. Недопустимо также применение инструмента из жароупор-
ных хромсодержащих сталей.
Варка белых титановых эмалей производится, как правило,
при температуре 1200—1300° С. Переваривать эмаль не следует,
однако провар должен быть полный и проба — вытянутая нить —
не должна иметь каких-либо включений или узелков.
Сваренную эмаль необходимо очень резко охладить с тем,
чтобы гранулы бйли совершенно прозрачными, незаглушенными,
хотя они и могут иметь желтую или светло-коричневую окраску.
Заглушенные гранулы всегда содержат двуокись титана в виде
рутила, а не в виде анатаза, что неблагоприятно сказывается на
белизне эмалевого покрытия.
Лучшие результаты дает грануляция струей воды. Наилучшее
качество фритты титановой эмали получается при вальцовке.
При варке титановых эмалей необходимо соблюдать меры пре-
досторожности для уменьшения потерь от улетучивания и особенно
от уноса пылевидных компонентов MgO и А12О3, которые обычно
содержатся в шихтах титановых эмалей.
Сурьмяные белые эмали также требуют сильно окислительных
условий варки и температуры не выше 1200° С.
При высокой температуре и продолжительной варке пятиокись
сурьмы переходит в трехокись, которая не глушит эмали. Такое
«выгорание» сурьмы происходит при температурах 1100° С и ниже,
если в составе эмали отсутствуют соединения кальция и фтора.
В процессе варки такие эмали сильно вспениваются, что вызы-
вается выделением кислорода из пятиокиси сурьмы.. Вспенивание
54
прекращается только тогда, когда вся сурьма перейдет в трехокись,
при этом эмаль становится совершенно прозрачной. При наличии
в шихтах сурьмяных эмалей соединений кальция и фтора варка
протекает спокойно, без вспенивания, даже при температурах
1150—1200° С. Глушитель — сурьмянокислый кальций или более
сложное соединение, содержащее пятиокись сурьмы, кальций и
фтор, .образуется уже в процессе варки эмали и является доста-
точно прочным [24]. Гранулы сурьмяной эмали всегда заглушены
и получить их прозрачными, даже при резкой закалке, не удается.
Способ грануляции сурьмяной эмали не оказывает существенного
влияния на качество эмалевого покрытия.
Циркониевые белые эмали не требуют особых условий варки.
Двуокись циркония не восстанавливается в процессе варки и не
«выгорает». Так как циркониевые эмали содержат обычно много
фтористых соединений и борного ангидрида, то варку их ведут
так же, как и варку эмалей, глушенных фторидами. Способ грану-
ляции циркониевых эмалей также не влияет на качество эмалевого
покрытия.
Цветные эмали требуют тех же условий варки, что и соответ-
ствующая основная эмаль, в которую добавлен краситель. Кроме
того, при варке необходимо соблюдать условия, предъявляемые
введенным красителем.
Кобальт и никель всегда находятся в эмали в виде закисей
(СоО, NiO), поэтому окраска эмалей получается устойчивой и не
зависит от условий варки.
Медь и марганец могут находиться в эмали как в виде закисей
(Сн2О, МпО), которые практически не окрашивают эмали, так и
окисей, окрашивающих эмаль в голубой (СнО) и фиолетовый
(Мп2О3) цвета. Для варки этих эмалей необходимо соблюдение
сильно окислительных условий. Однако даже и в этом случае
окраска этими красителями, особенно если они вводятся в малых
количествах, не получается постоянной.
Хром находится в эмали в виде Опрашивающей в зеленый цвет
окиси (Сг2О3) или в виде ангидрида (СгО3), окрашивающего эмаль
в желтый цвет. При соблюдении постоянных условий варки равно-
весие между обеими формами изменяется мало и цвет эмали полу-
чается достаточно устойчивый желто-зеленый.
F Эмали, окрашиваемые сернистым кадмием в желтый цвет,
требуют восстановительных условий варки (слабо коптящее
пламя).
Кислотоупорные эмали содержат обычно мало летучих компо-
нентов, в частности борного ангидрида и фтора, и приближаются по
составу к стеклам. Температура варки высококислотоупорных
эмалей 1350—1450° С; продолжительность варки больше, чем
У Других эмалей. Варку ведут до чистой пробы. Вытянутая из рас-
плава нить должна быть совершенно гладкой и ровной. Кислото-
упорную эмаль лучше переварить, чем недоварить. Способ грану-
ляции не имеет особого значения.
55
Эмали и грунты для чугуна. Условия варки эмалей для чугуна
ничем не отличаются от условий варки эмалей для стали и зависят
в основном от примененного глушителя и наличия летучих компо-
нентов.
Плавленые грунты для чугуна варятся так же, как и грунты
для стали. Спеченные (фриттованные) грунты требуют особых усло-
вий изготовления. Их только спекают при относительно низких
температурах, порядка 1000° С. Для их изготовления непригодны
описанные выше эмалеварочные печи. Изготовление спеченных
грунтов описано в гл. V.
Эмали для цветных и драгоценных металлов. Эмали для цвет-
ных и драгоценных металлов, называемые чаще «ювелирными»,
варят в шамотных или кварцевых тиглях емкостью 2—3 л. Варка
в тиглях производится по следующим причинам:
1) ювелирные эмали обычно являются многосвинцовыми •
(—50% РЬО) и во избежание восстановления свинца не должны
соприкасаться с пламенем, поэтому часто на время варки тигли
накрывают шамотными плоскими крышками;
2) ювелирные эмали требуются в относительно небольших коли-
чествах, но в очень большом ассортименте по окраске и глушению.
Ювелирные эмали обычно варят в два приема. Сначала навари-
вают неокрашенную фритту или «хрусталь», который служит
основой для получения эмалей различной окраски. Заготовляют
обычно большое количество шихты хрусталя (100—300 кг) и засы-
пают ее в тигли.
Варка при температуре около 1350° С продолжается 2—3 ч.
Проваренный хрусталь гранулируют на воду в общий бак, а в тигли
тотчас засыпают следующую порцию шихты хрусталя.
Хорошо высушенные и перемешанные гранулы хрусталя разве-
шивают на порции, согласно емкости тиглей, добавляют 15%
шихты того же состава и требуемый краситель. Варку эмали про-
изводят при более низкой температуре (1250—1300° С), чем варку
хрусталя, до цолучения однородного расплава.
Варка эмали в два приема целесообразна потому, что много-
свинцовые эмали из-за сильной летучести окиси свинца и значи-
тельного разъедания огнеупоров получаются неоднородными по
составу. После грануляции и вторичной переплавки при более
низкой температуре эмаль становится значительно более одно-
родной. Кроме того, такие красители, как Мп2О3, СиО, СгО3,
Fe2O3, устойчивы лишь при низких температурах варки и при
повышении температуры переходят в низшиеокислы Си2О, МпО,
Сг2О3, FeO, из которых первые два не окрашивают эмаль, а осталь-
ные окрашивают в иной цвет, чем СгО3 и Fe2O3.
Сваренную эмаль отливают из тиглей в стальные конические
прямоугольные или круглые рамки — формы, установленные на
стальной плите. На еще вязких плитках эмали отпечатывают вруч-
ную, в виде углубления, номер данной эмали, а иногда и марку
завода-изготовителя. Во избежание растрескивания горячие-
56
плитки эмали помещают в муфель с температурой около 400° С.
который охлаждают в течение 5—6 ч.
Плитки красной эмали «золотой рубин» для «наведения окра-
ски» сначала выдерживают в муфеле в течение 3—4 ч при темпера-
туре, близкой к температуре размягчения, а затем охлаждают.
Заглушенные белые и цветные эмали варят также в два приема,
причем вместо прозрачного хрусталя наваривают «заглушенный
хрусталь», который также переваривают с добавкой 15 % шихты
и с красителями. Для лучшего глушения отлитые эмали подвер-
гают термической обработке, как и плитки золотого рубина.
Отливка эмали в плитки вместо грануляции предохраняет от
попадания загрязнений, совершенно недопустимых для ювелир-
ных эмалей, а также облегчает визуальный просмотр эмали при
контроле.
Эмали для алюминия. Эти эмали наиболее легкоплавки, со-
держат большое количество плавней и мало кремнезема. Содержа-
ние щелочных окислов составляет 30% и более при наличии бор-
ного ангидрида. Некоторые эмали содержат 25—30% окиси
свинца. Фосфатные эмали не содержат кремнезема. Все это создает
особые трудности варки эмалей для алюминия, которые вызваны
сильным разъеданием огнеупорных материалов и большой лету-
честью компонентов расплава (щелочи, окись свинца, бораты, фос-
форный ангидрид),,
Для ускорения процесса стеклообразования надо кремнезем
в шихту вводить в виде кварцевой муки, а не в виде песка. Еще
лучше весь кремнезем вводить в виде тонкоизмельченных силика-
тов натрия и калия.
В шихты фосфатных эмалей не следует вводить свободную
фосфорную кислоту из-за ее большой летучести, поэтому реко-
мендуются только фосфаты. Окись алюминия, всегда входящую
в состав фосфатных эмалей, вводят в виде метафосфата. При введе-
нии в шихту окиси или гидрата окиси алюминия и фосфорной кис-
лоты происходит расслоение расплава и наблюдаются значитель-
ные потери свободного фосфорного ангидрида.
Варка производится в тигельных или вращающихся печах.
Шамотные тигли перед засыпкой шихты должны быть обожжены
при температуре примерно 1350° и «обмазаны» стеклом.
Температура варки в зависимости от состава эмали составляет
900—1100° С. При более высоких температурах резко увеличи-
ваются летучесть компонентов эмали и разъедаемость шамота.
Понижение температуры чрезмерно затягивает варку и приводит
к получению эмалей с включениями непроваренных частиц, пор
и пузырьков.
Засыпку шихты, во избежание затягивания процесса варки и
связанных с этим осложнений, производят в один прием, без досы-
пок. Варка продолжается не более 1 ч.
Готовый расплав гранулируется на воду или отливается на
стальной стол в виде тонкой пластины.
57
Во вращающихся печах эмали для алюминия варят так же,
как и другие эмали, но при относительно низкой температуре
(—1000° С) и малой продолжительности (—40 мин). Свинцовке
эмали не рекомендуется варить во вращающихся печах из-за воз-
можного восстановления свинца.
3. ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЭМАЛЕЙ
Централизованное приготовление эмалей имеет ряд преиму-
ществ в сравнении с приготовлением эмалей в цехах эмалировоч-
ных заводов с небольшой производственной мощностью. При цен-
трализованном производстве стоимость эмалей значительно ниже,
чем в небольших производствах. Многочисленные эмалировочные
заводы удобнее и выгоднее снабжать готовыми эмалями, чем боль-
шой номенклатурой сырьевых материалов, необходимых для изго-
товления эмалей. Централизованное производство фритт органи-
зуется в районе месторождения сырьевых материалов и располо-
жения химических заводов, изготовляющих материалы для эмалей,
что дает возможность резко сократить транспортные расходы.
К' технологическим преимуществам централизованного произ-
водства относятся: нормализация качества выпускаемых эмалей по
техническим условиям или ГОСТу; применение современного высо-
копроизводительного оборудования; полная механизация и авто-
матизация всех технологических й. транспортных операций; пол-
ный совершенный контроль сырья, полуфабрикатов, готовой
продукции и технологических процессов; наиболее эффективное
использование новейших достижений в области рецептуры и тех-
нологии производства эмалей.
Централизованное производство имеет наилучшие условия для
стабилизации качества эмалей. Постоянство свойств эмалей в боль-
шой степени зависит от постоянства технологических режимов
приготовления эмалей. Значительно легче и надежнее отрегули-
ровать и стабилизировать постоянство работы высокопроизводи-
тельного оборудования непрерывного действия, чем соблюдать
постоянство режимов на малопроизводительных установках с пе-
риодической загрузкой и выгрузкой.
Исключительное значение для качества фритт имеет также
износ футеровок плавильных печей и мельниц. Удельный износ
футеровок значительно больше для установок малой производи-
тельности, чем при использовании высокопроизводительного обо-
рудования централизованного производства.
На рис. 19 приведен вариант построения централизованного
производства эмалевых фритт мощностью 30 тыс. Т в год.
Склад для сырьевых материалов I рассчитан на 37 тыс. m в год
(1600 jw2). Из этого количества 10 тыс. m нетарных (пески, мел,
глина) и 27 тыс. m тарных материалов, поступающих в мешках,
ящиках, бочках (сода, бура, полевой и плавиковый шпаты и др.).
Склад материалов обслуживается мостовым грейферным краном 1.
58
Пески поступают в крытых вагонах и разгружаются на складе
в бункерные котлованы. Затем грейферным краном песок загру-
жается в бункера 2, из которых при помощи питателей 4 песок по-
ступает в установку для подсушки 5. Сухой песок ковшовым эле-
ватором 6 транспортируется на сито, на электромагнитный сепа-
ратор и загружается в расходные бункера 26 при помощи системы
ленточных транспортеров и скребковых сбрасывателей.
Кусковой мел подвергается дроблению на щековой дробилке 7,
сушке в сушильном барабане 9, измельчению в дезинтеграторе и
просеву на грохоте. Сухой измельченный мел элеватором загру-
жается в расходный бункер 26.
Кусковая глина, предназначенная в качестве добавки для мок-
рого помола фритты, подвергается переработке измельчением на
ножевом устройстве 11, отмучиванию в горизонтальной 12 и вер-
тикальной 13 мешалках и обезвоживанию на специальной уста-
новке 14. Сухая глина элеватором загружается в расходный бун-
кер 15.
Кварцевая мука, полевой шпат, плавиковый шпат, каолин, по-
лучаемые в порошкообразном виде, при загрузке в расходные бун-
кера подвергаются просеву на грохотах. Сода, бура, криолит, ка-
лиевая селитра, окись титана, окись цинка и другие материалы
проходят вальцы, сита и затем загружаются в расходные бункера.
Селитра натровая измельчается на щековой дробилке на дезинтег-
раторе и подвергается просеву на сите.
В отделении подготовки материалов производятся сушка, про-
сев и загрузка расходных бункеров.
Количество и емкость бункеров предусматривает возможность
непрерывного составления шихты эмалей при условии постоянного
контроля химического состава материалов. Емкость всех бункеров
составного отделения /// рассчитана на четырехсуточный запас
материалов (480 ni). Для удобства работы установлены две линии
бункеров: одна находится в подготовке, а из другой материалы рас-
ходуются для составления шихты. Одновременно могут работать
одна или две линии расходных бункеров. Под бункерами на рель-
сах движется электрическая тележка с бункерными весами и кон-
тейнером-смесителем (см. рис. 1). Бункера снабжены автоматиче-
скими затворами. Отвешивание материалов, применяемых в малых
количествах (окись кобальта, окись никеля, красители и др.),
производится на небольших весах 23, установленных на специаль-
ных столах у контейнеров-бункеров 22, которые для заполнения
материалами перемещаются кран-балкой на склад тарных материа-
лов. После навешивания шихты весовая тележка подходит на уча-
сток съема контейнера, где контейнер-смеситель 20 снимается с ве-
совой тележки специальным устройством 19, а затем при помощи
тельфера электрической кран-балки контейнер-смеситель устанав-
ливается на катки стенда для смешивания 21. После смешивания
шихты контейнер-смеситель устанавливается при помощи тельфера
кран-балки в вертикальном положении в специальные подставки.
59
а)
96000
С.лужебно- fibimodoie помещения
(1~й этаж)
9 9
4?
□
5
□
Off
20
-Q—□-
□ Оз
□
□ □
□о Off
Мрсто для
6
7Р) ппсь
99а
6
22
6 6 6
00 00 00 0 0 00 0 0 0 0 Ё
□ 97
□ 97
20
Гт7
-19
____(жХ______________
кпнтейнРроИ с шихтпй
□ 29 П29 m 029 ЕЖ'Ял
О Ц00 ГЬ [> ПЭ« ' , Г6183
O3f 03/ о?' 03/ 03/ I 28|
I 28 I
ГбЖ
Ш
Г/Л
гоцз
Ш
i
Рис. 19. Схема завода
централизованного произ-
водства эмалей: а — план
1-го этажа; б — план
2-го этажа и площадок
I — склад материалов на
37 тыс. т в год (фронт раз-
грузки 10 двухосных ваго-
нов; высота до подкрановых
путей 12 м); II — отделение
для подготовки материалов
(высота до подкрановых пу-
тей 12 м); III — отделение
шихтосмесительное (высота
до подкрановых путей 12 м);
IV—отделение плавки фритт
(высота до подкрановых пу-
тей 12 м)\ V — отделение
сухого помола эмалей; VI —
отделение сушки фритт;
VII —склад готовых эмалей
и упаковочная; VIII — отде-
ление комплектовки эмалей;
IX — отделение эксперимен-
тальной проверки эмалей;
X — лаборатория (2 и 3-й
42 42 42
26
27
27
32.
« +6.6
36 36 36 36 36
+6,I1J£
27
27
46
45
32
Ж
34 34 34 34 34
этажи). 1 — мостовой грей-
ферный край 5 m; 2 — бун-
кера для сырого песка; 3 —
бункера для кускового мела;
4 —питатель для песка; 5 —
сушильный^барабан для пес-
ка; 6 — ковшовый элеватор;
7 — щековая дробилка; 8 —
ленточный транспортер; 9 —
сушильный барабан для ме-
ла; 10 — бункер для глины;
11—ножевой фндер; 12— го-
ризонтальная мешалка; 13—
пропеллерная мешалка
0750 мм; 14 — вальцы для
обезвоживания глины; 15 —
бункер для готовой глины;
16 — дозатор для упаковки
глины; 17 — автоматические
порционные весы; 18 —уста-
новка для загрузки бунке-
ров (питатели и шнеиовые
транспортеры); 19 — приспо-
собление для съема контей-
нера с весовой тележки;
20 — контейнер-смеситель
(емкостью 2 т шихты); 21 —
стенд для смешивания;
22— бункера-контейнеры;
23 — весы; 24 — бункера для
шихты у печей; 25 — пита-
тель у печей (шнековый);
26 — бункера для материа-
лов; 27 — ванные печи не-
прерывного действия для
варки фритт; 28 — вращаю-
щиеся эмалеварочные печи;
29 —установка для вальцов-
ки фритт в виде пластинок;
30 — вибрационный транс-
портер; 31 — спиральный
подъемник для фритты;
35 — сушильные барабаны;
32 — транспортеры для фритты; 33 — установка мокрой грануляции; 34 — бункера сушильных барабанов; м<.Иа«апИ,
36 — бункера помольных установок; 37 — мельницы сухого помола непрерывного действия СМ-14 производительностью 1 т/ч; 38 — мельницы
сухого помола производительностью 0,2 т/ч; 39—вибромельннцы М-400 производительностью 0,4 щ/ч; 40 — установка для пневмотранспор-
тера сухих пудовых эмалей; 41 — зашивочная машина; 42— люлечный подъемник для подъема мешков на’2 и 3-й этажи склада; 43 — спи-
ральный спуск для транспортировки мешков с эмалью с 3 и 2-го этажей склада; 44 —мембранный насос для подачи глиняной суспензии на
вальцы 14; 45 — бункера для хранения фритты; 46 — рольганг для контейнеров-смесителей; 47 — столы для навешивания добавок к фрит-
там (комплектовка)
Шихтосмесительное отделение работает' в две смены. Запас
шихты в контейнерах и бункерах печей рассчитан на трехсменную
работу плавильного отделения.
В плавильном отделении два типа печей: пять ванных печей
непрерывной плавки 27 производительностью 0,55 т!ч и шесть
вращающихся печей 28 производительностью 0,25 щ/ч.
Шихта для ванных печей загружается кран-балкой в бункер 24
печи, откуда питателем 25 подается в печь. К вращающимся печам
шихта транспортируется в койтейнерах-смесителях при помощи
кран-балки специальным рольгангом 46 и мостовым краном пла-
вильного отделения.
Из вращающихся печей расплав эмали выливается в кюбель,
где гранулируется проточной водой и струей воды повышенного
давления (рис. 17). Кюбель 33 с гранулами разгружается мостовым
краном в бункера 34 сушильных барабанов 35, отапливаемых при-
родным газом. Сухие' гранулы направляются системой ковшовых
элеваторов (на схеме не указаны) и ленточных транспортеров 32
в бункера склада VII или в отделение сухого помола эмалей V.
Из ванных печей расплав выливается для охлаждения на полые
валики 29 с проточной водой, затем фритта измельчается на дро-
билке и на охлаждаемом вибрационном транспортере 30 по верти-
кальному спиральному транспортеру 31 подается в бункера 45,
расположенные на площадке. Из бункеров системой специальных
транспортеров 32 фритта подается в бункера склада VII или в бун-
кера помольного отделения V. В отделении сухого помола эма-
лей V размол фритт производится в шаровых мельницах непре-
рывного действия (37, 38, 39) с уралитовыми шарами и футеров-
кой. Общая годовая производительность помольного отделения
18 тыс. т. Размолотые порошкообразные эмали при помощи пнев-
мотранспорта загружаются в бункера склада VII.
Бункера с фриттами и порошкообразными эмалями оборудованы
передвижными дозировочными весами 17, на которых произво-
дится отвешивание в бумажные двойные мешки по 50 кг. Мешки
с эмалью ленточным транспортером перемещаются к зашивочной
машине 41, а затем транспортируются на склад ленточными транс-
портерами и люлечными подъемниками 42. Емкость склада рас-
считана на 15-суточный запас готовой продукции (1275 т). В отде-
лении VIII происходит укомплектовка эмалей необходимыми до-
бавками. Эмали снабжаются паспортом с описанием способа при-
менения и характеристикой основных свойств.
Весь контроль производства осуществляется лабораторией X,
которая имеет следующие отделы: проверки и испытания материа-
лов; контроля производственных процессов (и руководства цехо-
выми экспресс-лабораторными стендами); контроля выпуска гото-
вой продукции; технологических испытаний эмалей; научно-ис-
следовательски й.
Глава III
ПОМОЛ ЭМАЛИ И ПРИГОТОВЛЕНИЕ ШЛИКЕРА
1. ПОМОЛ ЭМАЛИ
- Эмаль измельчают мокрым или сухим способом в шаровых
мельницах. Мельница представляет собой стальной .цилиндр,
футерованный плитками из силекса, стеатита, твердого фарфора
или кварцита. Применяют также уралитовые и корундовые футеро-
вочные материалы очень высокой твердости. Продолжительность
службы футеровки из твердого фарфора составляет от одного до
трех лет, из силекса — от двух до шести лет. В футеровке недопу-
стимы широкие швы, часто получающиеся при использовании
природных материалов. Поэтому последним следует предпочесть
плитки из синтетических материалов. Футеровка кладется на це-
ментном мергеле, состоящем, например, из равных частей порт-
ланд-цемента (желательно белого мраморного цемента) и чистого
кварцевого песка с остроугольными зернами.
После футеровки мельницу следует очистить. Для этого в ней
в течение 36—48 ч размалывают водную суспензию песка с добав-
кой 5—6% глины.
Для изготовления шаров применяют те же материалы, что и для
футеровки. Помимо твердости, они должны отличаться большим
удельным весом. Размеры шаров выбирают, исходя из величины
мельницы и удельного веса материала шаров. Применение малых
шаров ввиду их незначительного веса снижает производительность
мельницы. При чрезмерно больших размерах шаров на заполнение
мельницы идет небольшое количество их, вследствие чего сни-
жается число ударов и уменьшается производительность.
Данные о требуемом соотношении шаров различных размеров
разнообразны [1, стр. 176; 3, стр. 182]. В мельницу диаметром
более 1 м загружают шары из кварцита, фарфора, гальки диаме-
тром 40—60, 60—80 и 80—100 мм в соотношении (по весу) от
1 : 3 : 6 до 1 : 1 : 1. Для барабанов меньшего диаметра наиболее
крупные шары имеют диаметр 60—80 мм. В последнее время на-
чали применять уралитовые цилиндрики диаметром 40—60 мм и
высотой 40—42 мм с удельным весом 3,0—3,2. Производительность
мельниц при этом возрастает в 1,4—2,6 раза, а удельный расход
63
мелющих тел на единицу размалываемой массы уменьшается
в три-четыре раза.
Измельчение по сухому способу осуществляется главным об-
разом ударом свободно падающих тел (шаров), а по мокрому спо-
собу — истиранием материала скатывающимися- шарами.
Для того чтобы шары отделялись от внутренней поверхности
мельницы и производили работу измельчения, окружная скорость
мельницы должна быть меньше критической. В то же время эта
скорость должна быть такой, чтобы шары внешнего слоя произво-
дили наибольшую работу дробления (по сухому способу) и истира-
ния (по мокрому способу). В первом случае истирание произво-
дится лишь теми шарами, которые находятся вблизи от центра
мельницы.
При дробящем действии шаров скорость вращения мельницы
такова, что шары поднимаются почти на 180°. Для сухого помола
оптимальная скорость вращения мельницы равна
32
п = _ об/мин,
где D - диаметр мельницы в м.
Для определения п при измельчении по мокрому способу при-
ведены различные значения численного коэффициента k в выра-
жении п = При D >1,25 и D = 1,25 м значения k прини-
маются равными 35 и 40 соответственно [1, стр. 175]. По другим
данным значения k должны быть 23,8 и 36,0 для больших (измель-
чение трением) и малых (измельчение трением и ударом) значений
D соответственно [3, стр. 183]. Согласно [41] величина п может
быть определена по формуле = 1,6, где d — внутренний диа-
метр футеровки мельницы в м.
Значения числа оборотов мельницы в конкретных случаях не-
обходимо уточнять экспериментальным путем.
Ввиду истирания футеровки внутренний диаметр мельницы
постепенно увеличивается, поэтому необходимо вносить коррек-
тивы в продолжительность помола.
Степень заполнения мельницы и соотношение измельчаемого
материала и шаров должны обеспечить максимальную производи-
тельность мельницы и исключить раскалывание шаров и футе-
ровки.
Отношение веса шаров к сухому весу измельчаемого материала
колеблется от 1,0 до 2,0 и чаще всего составляет 1,1 —1,2. Измель-
ченный материал должен заполнять все промежутки между шарами
и покрывать последние тонким слоем при спокойном положении
мельницы.
При измельчении по сухому способу коэффициент заполнения
мельницы шарами ср имеет оптимальное значение 0,4. Зная ср,
можно подсчитать вес загрузки шаров по формуле G = cpVpy,
64
где G — вес загрузки шаров в кг; V — объем мельницы в л; ср —
коэффициент заполнения мельницы шарами; |i — коэффициент,
учитывающий пустоты между шарами; у — удельный вес мате-
риала шаров.
Мощность (в л. с.), расходуемая шаровой мельницей при п =
32
= с достаточной точностью может быть определена из выра-
жения N = CG V D, где G — вес мелющих тел в кг; D — диаметр
мельницы в м; С — коэффициент, зависящий от <р.
Для кремневых шаров при ср, равном 0,3 и 0,4, коэффициент С
соответственно равен 11 и 9,5. Учитывая величину к. п. д. пере-
даточных механизмов, значения N, подсчитанные по приведенной
формуле, должны быть несколько увеличены.
Имеются указания, что незначительное увлажнение гранулята
ускоряет сухой помол и улучшает свойства пудры. По патентным
данным, добавка бурого угля в мельницу при измельчении улуч-
шает заглушенность покрытия и сокращает продолжительность
помола приблизительно на 25%. При сухом методе следует приме-
нять мельницы закрытого типа для уменьшения выделения пыли
во время выгрузки измельченной пудры.
Степень заполнения мельницы при мокром помоле колеблется
от 0,6 до 0,85 (чаще всего от 2/3 до 3/4). Вес загрузки шаров и фритты
может быть подсчитан также по следующим формулам:
Р — __J₽K__ . р — ър
м ~~ Л _1_ 1 + м ’ ш ~ м'
Уш У
где Рм и Рш — вес загрузки сухого измельчаемого материала и
шаров в кг; V — объем мельницы в л; ср — степень заполнения
мельницы после помола: для сухого способа 0,4—0,5, для мокрого
способа 0,6—0,8 (обычно от 2/3 до 3/4); k — отношение веса шаров
к весу сухого измельчаемого материала — 1—2, обычно 1,1—1,2;
Уш — удельный вес материала шаров в кг/дм3; для кварцита,
гальки 2,5—2,6, для уралита 3,0—3,2; у — удельный вес шликера
для мокрого помола и насыпной вес пудры для сухого помола
в кг/дм3; со — отношение количества воды к весу сухого измель-
чаемого материала, соответствующее данному удельному весу
шликера или насыпному весу пудры.
В вес сухого измельчаемого материала входят вес фритты
и нерастворяющихся мельничных добавок (песка, глины, глуши-
телей, пигментов и т. п.). Растворяющиеся добавки входят в вес
воды при подсчете со.
При мокром помоле существенное влияние на производитель-
ность мельницы оказывает количество добавляемой воды. Избыток
воды не только снижает производительность мельницы, но и уси-
ливает выщелачиваемость гранул.
Температура, развиваемая в мельнице при ее работе, не должна
превышать 20—25° С для предотвращения усиленной выщелачи-
ваемое™ гранул.
5 В. В. Варгин 65
Потери шаров от их взаимного истирания составляют около
4% в месяц. Необходимо систематически, через каждые 5—10 по-
молов, удалять из мельницы расколовшиеся и изношенные шары
диаметром менее 30 мм, заменяя их шарами большого диаметра.
Требуемая степень измельчения эмали определяется многими
технологическими факторами. При чрезмерно тонком помоле нане-
сение шликера и пудровой эмали становится затруднительным,
возможно образование трещин во время сушки (в случае шли-
кера), раннее оплавление грунтового покрытия и вследствие этого
недопустимое сокращение того периода обжига, который необхо-
дим для обеспечения полного прохождения процессов, связанных
с закреплением покрытия на металле.
При грубом помоле грунта процесс обжига до его полного
оплавления несколько удлиняется, что способствует развитию
сцепления, но может вызвать появление прогаров на грунте.
Кроме того, при чрезмерно крупном помоле ухудшается способ-
ность шликера и эмалевой пудры к нанесению ровным слоем на
поверхность эмалируемых изделий.
На влажном покрытии возможно образование водяных подте-
ков, объясняемых тем, что не вся вода в шликере достаточно
прочно связана с частицами эмали. Необходимо, чтобы в измель-
ченной эмали наряду с грубыми фракциями содержались в опре-
деленном соотношении средние и тонкие фракции, что зависит от
состава эмали и других технологических факторов. В табл. 11
приведены данные ситового анализа шликеров грунтовых эмалей
для посуды.
Таблица 11
Гранулометрический состав шликеров грунтовых эмалей
для посуды в %
Фракции эмали Грунты
I II
Осталось на сите № 02 1,1 47,4
» » № 015 15,0 12,1
» » » № 01 3,2 2,8
» » » № 006 3,9 5,7
Прошло через сито № 006 76,8 32,0
Данные о необходимой степени измельчения эмали приведены
в различных источниках [1, стр. 177; 3, стр. 186]. Тонина помола
грунта для пульверизации составляет 10—12 единиц (по упрощен-
ному методу Сабанина) для окунания — 20—35 единиц в зависи-
мости от величины и формы изделий и типа грунта. Тонина помола
покровных эмалей составляет для нанесения способом пульвери-
66
зации 4—12 единиц, для нанесения способом окунания — 7—17
единиц, тонина помола бортовых эмалей — 3—8 единиц.
Применяемые на заводах методы ускоренного определения тон-
кости измельчения эмалей дают лишь приближенное представле-
ние об их гранулометрическом составе.
Ввиду неизбежных отклонений от заданного режима работы
мельниц (изменения прочности гранул, скорости вращения мель-
ниц и др.) может существенно изменяться содержание различных
фракций частиц в измельченном шликере, что отражается на его
качестве.
Необходимо разработать более тонкие и в то же время пригод-
ные в производственных условиях методы фракционного контроля
дисперсности эмалей. Следует также контролировать число оборо-
тов мельниц и скорость их вращения, которая может колебаться
в связи с изменением напряжения в сети или вследствие скольже-
ния при ременной передаче. Лучше применять мельницы с зубча-
той или цепной передачей и индивидуальным приводом. Счетчики
оборотов должны дополняться автоматической сигнализацией
изменения скорости вращения мельниц.
Для соблюдения идентичных условий помола эмалей различ-
ных составов каждая из них должна измельчаться в определенной
мельнице.
Гранулы следует высушивать перед загрузкой в мельницу;
иногда в них определяют содержание влаги, учитывая его при
добавлении воды. Дозировка воды должна быть весьма точйой и
производить ее можно с использованием водомеров или лучше всего
по весу. Необходимо уточнять количество воды в зависимости от
изменения состава эмали, применения новой партии глины и изме-
нения тонины помола.
Может оказаться весьма эффективным применение поверхно-
стно-активных веществ (ПАВ) для ускорения помола сырьевых
материалов и эмалевого гранулята на предприятиях эмалировоч-
ной промышленности.
Интенсификация процесса помола под влиянием ПАВ обуслов-
лена наличием на поверхности зерен, подлежащих измельчению,
зоны предразрушения, состоящей из смыкающихся после снятия
нагрузки микротрещин.
В качестве ускорителей помола применяют различные ПАВ
в зависимости от природы измельчаемого материала. Так, например,
в качестве понизителей твердости карбонатных пород могут быть
рекомендованы сода в количестве 0,25%, едкий натр в количестве
0,05%.
Понизителями твердости для кварцевых песков и кварци-
тов являются треххлористый алюминий, хлористый натрий, нафте-
новое мыло + сода в количестве 0,1—0,25%. По данным Куко-
лева и Мельниченко применение понизителей твердости при из-
мельчении карбонатных и кварцевых материалов в шаровой мель-
нице повысило ее производительность на 30—40%.
5* 67
Имеются данные о том, что применение ПАВ увеличивает про-
изводительность мельниц также и при сухом способе измельчения
[25, 26].
Необходимо проведение исследований для установления того,
какие ПАВ обеспечат наибольшее увеличение производительности
мельниц и не будут отрицательно влиять на свойства эмалевых
шликеров и качество эмалевых покрытий.
Исследованиями, выполненными в Советском Союзе, установ-
лено, что тонкое измельчение сырьевых материалов для полу-
Рис. 20. Схема вибромельиицы:
1 — бункер; 2—дозатор; 3 — вибромельница;
4 — подача материала
зовании вибрационного метода
материалов в шаровых мельницах
чения эмали, как и эмале-
вого гранулята, способствует
значительной интенсифика-
ции процесса сплавления
эмалевой шихты и улучше-
нию качества эмалевых по-
крытий.
Большая степень дисперс-
ности шихтовых материалов и
эмалей может быть достиг-
нута помолом в вибрацион-
ных мельницах. Принципи-
альное устройство вибромель-
ницы показано на рис. 20.
Процесс измельчения в этих
мельницах связан с прило-
жением к твердым частицам
усталостных напряжений, ве-
личина которых пропорцио-
нальна частоте вибрирования.
Лившиц и Игнатович при-
водят данные, указывающие
на существенные преимуще-
ства, достигнутые при исполь-
помола вместо измельчения
[27].
Если за 1 ч при размоле эмали в вибромельнице М-200-1,5 было
получено 130 кг эмали со средней удельной поверхностью
3050 см2!г и средним остатком на сите № 006, равном 2%,
то за это же время в шаровой мельнице диаметром 2200 мм
было измельчено всего лишь 13 кг эмали с удельной по-
верхностью 670 см2/г и остатком на сите № 006 около 70%.
Расход электроэнергии при размоле 1 т эмали в вибрационной
мельнице М-200-1,5 составил ХЗЗквтч, а при размоле в шаровой
мельнице диаметром 2200 мм —190 кетч. Вибромельница типа
М-200-1,5 характеризуется следующими данными; объем корпуса
200 дм2, частота колебаний 1500 в минуту, мощность электродвига-
теля 14 кет, вес вибромельницы с футеровкой без мелющих тел
1567 кг, вес мелющих тел 273 кг.
68
В качестве футеровки вибрационных мельниц и мелющих тел
рекомендуется применение диопсида или уралита.
Было установлено, что при измельчении в вибромельнице квар-
цевого песка процесс варки эмалевой шихты ускорился на22—24%.
В работе [27] показано, что применение измельченной в вибра-
ционной мельнице эмалевой пудры, предназначенной для эмалиро-
вания чугунных санитарно-технических изделий, привело к уве-
личению степени растекаемости эмалевого расплава по эмалируе-
мой поверхности и заглушенности эмалевого покрова, достиже-
нию большей белизны поверхности и усилению блеска эмалевого
покрова, чем в случае применения для указанной цели пудровой
эмали, полученной при измельче-
нии гранулята в шаровой мель-
нице.
На Ворошиловградском эмаль-
заводе им. Артема эмалепригото-
вительный цех оборудован тремя
автоматизированными линиями,
состоящими из девяти непрерывно
действующих вибропомольных
установок с вибромельницами
М-400-1,5. Эксплуатация этих
установок значительно повысила рис. 21. Схема струйной мельницы
производительность эмалепригото-
вительного цеха и сократила цикл изготовления изделий. Приме-
нение вибропомола позволило автоматизировать соответствующий
передел производства, значительно уменьшить пылеофразование
в цехе и оказалось эффективным при осуществлении прогрессив-
ного метода эмалирования изделий в электростатическом поле.
Вибропомол целесообразно применять только при условии пред-
варительного измельчения материалов до зерен размером не более
2,5—3,5 мм. При сухом измельчении происходит комкование ча-
стиц и образование прилипшего к шарам и футеровке вибромель-
ницы буферного слоя, что снижает производительность мельницы.
Это явление может быть устранено применением поверхностно-
активных веществ.
Весьма перспективным может быть способ тонкого измельче-
ния сырьевых материалов и эмалей в струйных мельницах. В этих
мельницах зерна материала, увлекаемые с большой скоростью
встречными потоками сжатого воздуха или перегретого пара, мно-
гократно ударяются друг о друга, что и обусловливает их измель-
чение. Струйные мельницы не требуют применения мелющих тел,
измельчаемый же материал не загрязняется в процессе помола
какими-либо примесями. При высоких скоростях частиц, увлекае-
мых газовым потоком (порядка 800 м!сек), достигается возмож-
ность тонкого и сверхтонкого помола материала.
Схематическое устройство и принцип работы струйной мель-
ницы описано в работе [28], показано на рис. 21. Струйная
69
мельница состоит из бункера для измельчаемого материала 1, шне-
кового питателя 2, помольной камеры 3, эжектора 4, через кото-
рый подается сжатый воздух, увлекающий частицы в помольную
камеру, где они подвергаются многократному соударению, и рас-
ширяющихся каналов 5, через которые уносятся восходящим
потоком измельчаемые частицы. Крупные частицы опускаются
вниз и повторно увлекаются эжектором 4 в помольную камеру, где
они подвергаются повторному измельчению. По трубам 6 тонкая
фракция поступает в воздушный сепаратор 7, из которого готовый
продукт удаляется по течке 8, а фракция, подлежащая помолу,
подается в мельницу шнековым питателем 2.
Производительность струйных мельниц в зависимости от раз-
молоспособности материалов, исходной величины их зерен и тре-
буемой дисперсности готового продукта резко меняется от 100
до 1000 кг!ч.
2. ШЛИКЕР И ЕГО СВОЙСТВА
Рис. 22. Структурная модель
шликера:
1 — частица эмали; 2 — частица
глины; 3 — гидратная оболочка;
4 — иммобилизованная вода
Эмалевый шликер представляет собой суспензию, дисперсной
фазой которой являются частицы эмалевой фритты, глины и дру-
гих веществ, применяемых при получении шликера, а дисперсион-
ной средой — вода, содержащая электролиты. В такой суспензии
наряду с грубыми зернами эмалевой
фритты имеются частицы коллоидных
размеров, значительная часть кото-
рых вводится глиной.
Введение в шликер электролитов
приводит к уменьшению или потере
заряда частиц по мере увеличения
концентрации коагулирующего ка-
тиона в растворе [29]. Частицы
дисперсной фазы эмалевого шликера
имеют неправильную форму. Вслед-
ствие этого под влиянием катионов,
находящихся в дисперсионной среде,
происходит локализованное в отдель-
ных местах поверхности частиц (уг-
лы, ребра) понижение ^-потенциала.
Этим объясняются гидрофильный характер коагуляции эмалевого
шликера и образование сетчатой структуры, построенной из свя-
занных между собой частиц эмалевой фритты и глины (рис.>.22).
Особую роль при этом выполняет глина благодаря пластинчатой
форме ее кристаллов, которые соединяются с частицами эмалевой
фритты по углам и ребрам. В шликере, не содержащем глину,
такая структура не образуется.
Слипание частиц в отдельных местах поверхности происходит
соответственно утонению в этих местах гидратной оболочки и,
следовательно, сближению частиц, так как при этом увеличиваются
70
электростатические силы их взаимного притяжения. Последние
могут стать настолько значительными, что происходит вытеснение
тех частей гидратных оболочек, которые находятся между части-
цами. В этом случае связь между ними осуществляется не только
за счет электростатических сил, но и вследствие того, что частицы
оказываются связанными попарно (а вместе с тем и во всей скоагу-
лированной системе) как бы единой гидратной оболочкой. При этом
достигается упрочнение структуры шликера.
Указанный характер коагуляции эмалевого шликера обуслов-
ливает присущие ему структурно-механические свойства, без
которых нанесение эмали на изделия
было бы невозможным.
Такие свойства суспензий были впер-
вые обнаружены Бингэмом [30]. Их
поток подчиняется уравнению
п , ,dv
^ = 0e + nTr,
сти
истечения шликера от
давления
где т-—напряжение сдвига; 0С— стати-
ческое предельное напряжение при
dv
сдвиге; — градиент скорости сдвига;
т]' — коэффициент структурной вязко-
сти.
Они широко исследовались Воларо-
вичем и особенно Ребиндером и его
школой. Структурно-механические свойства эмалевых шликеров
изучали КукоЛев и Свирский. Ими установлено, что зависи-
мость скорости истечения v эмалевого шликера из капилляра
от давления Р выражается кривой, показанной на рис. 23. Кривая
пересекает ось ординат на некотором расстоянии от нулевой
точки, что является следствием наличия предела текучести шли-
кера, объясняемого известной прочностью структуры.
При достижении высокой скорости течения на графике появ-
ляется прямой отрезок ВС, соответствующий весьма значитель-
ному разрушению структуры. Экстраполяция этой прямой до
пересечения с осью абсцисс отсекает на последней отрезок, рав-
ный 0а, который определяет так называемое динамическое предель-
ное напряжение сдвига (в отличие от статического предельного
напряжения сдвига 0е, соответствующего началу разрушения
структуры).
В любой точке кривой тангенс угла наклона касательной к оси
абсцисс (tg а) зависит от значения структурной вязкости т/ и
выражает обратную ее величину^?-.
При напряжениях сдвига, превышающих 0С, шликер начинает
течь со все уменьшающейся вязкостью вплоть до некоторой вели-
чины градиента скорости, отвечающего началу прямолинейного
71
участка зависимости v = f (Р), при котором вязкость становится
постоянной. Эта аномалия вязкости выражается в падении вели-
Р
чины — по мере возрастания деформирующего давления Р. Дру-
гими словами, в том интервале напряжения сдвига, в котором
еще не наступает достаточно полное разрушение структуры,
наблюдается падение вязкости с увеличением Р (v возрастает
быстрее, чем Р), что соответствует выпуклому к оси Р участку
(АВ) кривой зависимости v = f (Р).
При скоростях потока, лежащих выше точки С, значительно
возрастает структурная вязкость, иногда в десять раз и более, как
следствие перехода ламинарного течения в вихревое, когда про-
Р
исходит увеличение отношения —.
Структурно-вихревой режим начинается уже при сравнительно
небольших скоростях течения эмалевого шликера. Он вызывается
действием частиц дисперсной фазы неправильной формы, создаю-
щих завихрение.
Изменение величины структурной вязкости при течении эма-
левого шликера вызывается еще одним фактором, действие кото-
рого противоположно действию структурно-вихревого режима.
Если структурно-вихревой режим приводит к увеличению значе-
ния структурной вязкости, то второй фактор — освобождающаяся
при разрушении структуры дисперсионная среда — уменьшает
значение этой величины.
В работе [311 показано,, что большинство эмалевых шликеров
с нормальными технологическими свойствами отличается преоб-
ладающим развитием быстрых эластических деформаций, что ука-
зывает на большую агрегативную устойчивость таких шли-
керов.
Установлено, что покровные свойства эмалевых шликеров —
способность их ложиться на эмалируемую поверхность равномер-
ным слоем заданной толщины — практически полностью опреде-
ляются двумя параметрами их потока: предельным напряжением
сдвига 0£. и структурной вязкостью т)'.
При нанесении эмалевого шликера (погружение, облив или
пульверизация) должны соблюдаться условия его равномерного
растекания по эмалируемой поверхности и получения слоя задан-
ной толщины.
Необходимо стремиться к тому, чтобы такие условия дости-
гались с минимальным усилием, например усилием встряхивания
эмалируемого изделия при нанесении эмалевого шликера. Это
может быть осуществлено тем полнее, чем менее вязким будет
шликер и чем больше соответствие между предельным напряже-
нием сдвига и необходимой толщиной оставшегося на изделии
слоя шликера. Если структурная вязкость шликера высока, то
шликер медленно и неравномерно стекает с изделия при тех уси-
лиях и времени, при которых осуществляется этот процесс. Это
72 .
будет происходить даже в том случае, если значение предельного
напряжения сдвига находится в требуемых пределах.
Такое явление, часто наблюдаемое на практике, вызывает
брак эмалированных изделий (вторичное сползание), который
часто неправильно объясняют пониженной вязкостью шликера.
Если при минимальной структурной вязкости шликера его
статическое предельное напряжение сдвига превосходит требуе-
мое значение, то следствием этого должна быть чрезвычайно
большая толщина нанесенного эмалевого слоя, что приводит
к ухудшению качества покрытия — снижению термостойкости,
появлению трещиноватостей, отколов и пр. Наоборот, толщина
нанесенного слоя шликера уменьшается с уменьшением величины
предельного напряжения сдвига. Этим можно объяснить появле-
ние разрывов в свеженанесенном слое или сползание этого слоя,
особенно у бортов изделия, а также другие дефекты, обусловливае-
мые недопустимо тонким слоем покрытия. При чрезмерно большом
значении предельного напряжения сдвига и малой величине
структурной вязкости шликера его нанесение становится невоз-
можным, так как в нем образуются сгустки, сползающие с покры-
ваемой поверхности.
Шликеры с удовлетворительными покровными свойствами дол-
жны обладать предельным напряжением сдвига ПО—180 дин.1см?
и структурной вязкостью if в пределах 1—2 пуаз при критичес-
кой скорости vKp (предельная скорость, при которой наступает
структурно-вихревое движение), и структурной вязкостью т)',
равной 15 пуаз, при скорости растекания шликера на изделии
(приблизительно 30 см/сек).
Структурно-вихревое движение необходимо учитывать постоль-
ку, поскольку оно вызывает существенное повышение значения т/,
что происходит уже при незначительных скоростях потока.
Значение vKp зависит от величины rj' = const и от размера
частиц в шликере. Так, например, при изменении структурной
вязкости шликера кислотостойкой эмали в пределах 1,2—20,6 пуаз
критическая скорость vKp соответственно находилась в пределах
17,5—42 см/сек. Отсюда следует, что при нанесении эмалевого
шликера реализуется, по всей вероятности, структурно-вихревое
движение. Поэтому нахождение критерия перехода потока рас-
сматриваемых суспензий от ламинарного к структурно-вихревому
движению имеет важное значение для технологической характе-
ристики эмалевых шликеров, об этом имеется мало данных.
Исходя из приведенного уравнения (стр. 71), Сахоненко [32]
получил аналитическую зависимость общего вида, характеризую-
щую толщину шликерного слоя на поверхности изделий различ-
ной формы в зависимости от вязко-пластических свойств эмале-
вого шликера 0сит|' и интенсивности механического воздействия
на него при его растекании по поверхности изделия.
В работе [32] задача формирования слоя на поверхности слож-
ной формы сведена к решению частных задач формирования слоя
73
на плоскости, цилиндре и конусе — элементах, из которых скла-
дывается поверхность большинства эмалируемых изделий. Полу-
чены зависимости, характеризующие объемную силу, воздействую-
щую на шликер, в каждой точке поверхности при вращении и не-
которых других видах движения изделия. Объемная сила создается
силой тяжести материала, центробежными и инерционными си-
лами, распределение объемных сил определяется геометрическими
размерами и формой изделий.
Многие из применяемых на заводах методов определения конси-
стенции эмалевых шликеров не дают дифференцированной характе-
ристики их покровных свойств, так как не позволяют определять
Рис. 24. Характеристика покровных свойств
шликера
полностью основные пара-
метры потока — предель-
ное напряжение сдвига и
структурную вязкость.
Наиболее распростра-
ненные на заводах спо-
собы определения конси-
стенции шликера погруже-
нием в него цилиндра
и др. [33] дают лишь пред-
ставление о предельном
напряжении сдвига, что не
характеризует в полной
мере покровные свойства
шликера.
Для производственного контроля покровных свойств эмале-
вых шликеров могут быть использованы приборы, позволяющие
определять величины, пропорциональные предельному напряже-
нию сдвига и структурной вязкости, в том числе мобилометр [1,
стр. 183; 3, стр. 437].
Измерения на мобилометре осуществляются при, скоростях,
при которых достигается полное разрушение структуры эмалевого
шликера и, следовательно, лежащих выше точки В (см. рис. 23).
На рис. 24 приводятся зависимости v — f (Р) шликера с раз-
личными значениями предельного напряжения сдвига и вязкости
по данным определений на мобилометре.
Если экстраполировать прямолинейный участок кривых до
пересечения с осью, то точки пересечения а, Ь, с будут определять
величину, пропорциональную динамическому предельному на-
пряжению сдвига 0, а тангенсы углов вц, a2, a3, a4 наклона кри-
вых к оси абсцисс — подвижность шликеров, величину пропор-
. 1
циональную обратному значению структурной вязкости .
Значения этих показателей потока весьма полно характеризуют
покровные свойства эмалевых шликеров.
Шликер, представленный кривой 1, характеризовался наилуч-
шими покровными свойствами: он быстро и равномерно наносился
74
на изделия при минимальном усилии рабочего (©<? = 33 Г, tg а =
= 1,4); кривая 2 получена при испытании шликера, который
вследствие большого значения 0<? покрывал изделия неравномер-
ным и толстым слоем.
Ввиду недопустимого малого значения напряжения сдвига шли-
кера, отвечающего кривой 3, он почти полностью стекал с изделия
при нанесении.
Был также испытан
но с удовлетворительным значением
на изделия требовало больших
усилий, покрытие же получалось
неравномерным.
Таким образом, рассматривае-
мые параметры дают объективную
оценку покровных свойств эмале-
вых шликеров.
Азаровым и Горбатей ко пред-
ложен консистометр [34], пригод-
ный для получения полной оценки
покровных свойств эмалевых шли-
керов (стр. 434). Для этой цели
пригоден также консистометр
Ирвина и полуавтоматический ша-
риковый вискозиметр Новочеркас-
ского политехнического института
[35].
шликер с весьма малой подвижностью,
0^ (кривая 4). Его нанесение
Рис. 25. Зависимость v=f (Р) эма-
левых шликеров с различной кон-
центрацией MgS04a/1000 мл\
превраще-
Весьма важная особенность
эмалевых шликеров — подвержен-
ность тиксотропным
ниям, описанным в литературе
И, стр. 184; 3, стр. 190];
При разрушении структуры шликера, например в результате
перемешивания, резко снижаются структурная вязкость и пре-
1 — 0,369; 2 — 0,492; 3 — 0,515;
4 — 0,738; 5 — 0,984; 6 — 1,108
дельное напряжение сдвига, что является следствием разрыва
связей между частицами и освобождения воды, содержащейся
в ячейках структуры. Стечением времени связи восстанавливаются
и структура упрочняется. Некоторое восстановление структуры
происходит сразу же после прекращения перемешивания. Од-
нако полное ее упрочнение достигается лишь через 20—40 м.ин
(рис. 25) по определениям на мобилометре.
Следовательно, экспериментальное определение покровных
свойств шликеров, например на мобилометре, нужно завершать
в минимально короткий срок, сразу после необходимого при этом
предварительного разрушения структуры. Это условие сообра-
зуется с тем, что при любом методе нанесения происходит разру-
шение структуры шликера, а его устойчивость на поверхности
изделия зависит от прочности структуры, образующейся сразу же
после нанесения.
75
Зависимость значений предельного напряжения сдвига и под-
вижности шликера от рода и количества вводимых в шликер
электролитов и глин, тонкости измельчения эмалевых гранул,
процесса старения рассматривается в различных работах [36, 37].
Введение в шликер раствора MgSO4 или СаС13 приводит, как
правило, к повышению предельного напряжения сдвига при од-
новременном снижении подвижности шликеров. Эта зависимость
наблюдается при введении в шликеры часовъярской 4-1 и глу-
ховской глин.
При повышении концентрации упомянутых электролитов в
шликерах, а следовательно, и предельного напряжения сдвига
последних в условиях экспериментирования не достигалось пол-
ного разрушения структуры. Действие растворов (NH4)3CO3
и КаСО3 в шликере сводилось к некоторому повышению подвиж-
ности последнего при увеличении его предельного напряжения
сдвига.
По повышающему влиянию на прочность структуры шликера
глины располагаются в следующем порядке: каолин — часовъ-
ярская глина—глуховская глина—бентонит.
Для получения удовлетворительных кроющих свойств шлике-
ров в них должно содержаться: 1,0—1,5% бентонита, 2—3% глу-
ховской и 4—6% часовъярской глины. Введение даже значитель-
ных количеств каолина не обеспечивает необходимого качества
шликера.
С увеличением дисперсности частиц эмалевого шликера уве-
личивается предельное напряжение сдвига и уменьшается под-
вижность. Аналогичное явление наблюдается при увеличении
удельного веса шликера, что также связано с возрастанием кон-
центрации частиц. Кроме того, в рассматриваемом случае проис-
ходит снижение степени диссоциации сорбированных ионов
вследствие относительного уменьшения в шликере дисперсион-
ной среды. Это сопряжено с уменьшением заряда частиц и увели-
чением коагуляционного эффекта.
С-повышением температуры шликера уменьшается предельное
напряжение сдвига и подвижность. При повышении температуры
шликера от 20 до 40° С значение предельного напряжения сдвига
уменьшилось в 5 раз, а подвижности — почти в 2 раза. Это свиде-
тельствует о существенном влиянии на покровные свойства шли-
кера его температуры и о необходимости соблюдения постоян-
ства температурных условий при работе со шликером [1, стр. 180].
Весьма значительное влияние на свойства шликера оказывают
те составные части эмалевой фритты, которые переходят в раст-
вор (выщелачиваются) при помоле и старении. Выщелачивание
и связанное с ним изменение свойств шликера подробно рассмот-
рено Петцольдом [3, стр. 187] и др. Оно приводит вначале к повы-
шению значения предельного напряжения сдвига, а затем, при
более длительном старении — к снижению значений этого пара-
,метра и разжижению шликера. Это явление, вероятно, можно
76
объяснить снижением заряда частиц вследствие уменьшения сте-
пени их диссоциации с накоплением выщелоченных ионов в раст-
воре, что приводит ко все большему упрочнению структуры вплоть
до порога коагуляции.
Затем может произойти перезарядка частиц, и дальнейшее
накопление в растворе ионов уже приводит к вторичному упрочне-
нию структуры. Однако на практике это не наблюдается вследствие
сравнительно незначительного срока старения шликера (обычно
не более 3 суток) и достаточной концентрации в нем выщелоченных
ионов.
На свойства шликера оказывают влияние соли, содержащиеся
в применяемой при измельчении гранул воде (кальциевые, магние-
вые соли, сульфаты), поскольку они являются электролитами. При-
менение жесткой воды приводит к повышению подвижности и
предельного напряжения сдвига шликера.
Жесткость воды меняется в зависимости от времени года,
в связи с этим в эмалировочной промышленности за рубежом для
получения шликера рекомендуют использовать деминерализо-
ванную воду.
Имеются указания, что гель кремнезема в шликере может
выполнять функцию глины и обеспечивать нужные покровные
свойства шликера. Его применение способствует повышению ки-
слотоустойчивости эмалевых покрытий, однако окончательных
данных по этому вопросу пока нет.
Значения предельного напряжения сдвига 0С и структурной
вязкости т/, как видно из изложенного, зависят от многих факто-
ров. Это требует дальнейшего изучения всего комплекса явлений,
определяющих покровные свойства эмалевых шликеров. Однако
уже сейчас существует возможность независимого регулирования
рассматриваемых свойств шликера соответствующим изменением
концентрации электролита в нем, его удельного веса и дисперс-
ности частиц.
При регулировании покровных свойств шликеров более целе-
сообразно изменять в первую очередь удельный вес, а не содержа-
ние электролитов или дисперсность. Одновременно следует из-
менять один или, в крайнем случае, два параметра.
Кроме указанных способов регулирования покровных свойств
шликеров, имеется возможность использовать для этих целей
поверхностно-активные вещества, однако практическое действие
их еще не изучено.
3. ПРИГОТОВЛЕНИЕ ШЛИКЕРОВ
Постоянство свойств шликера обеспечивается возможно более
полным воспроизведением основных условий его изготовления и
выработки: воспроизведение состава и свойств фритты (однород-
ность, степень провара); способ и режим грануляции; режим по-
мола (количество мелющих тел и фритты, распределение мелющих
77
тел по размерам и форме, скорость вращения мельницы, продол-
жительность помола, температура шликера); очистка шликера
от крупных частиц и инородных включений; режим хранения шли-
кера (продолжительность и температура хранения, периодичность
и интенсивность перемешивания); воспроизведение состава, ко-
личества и свойств мельничных добавок; доведение характеристик
шликера до требуемых; обеспечение постоянства свойств шликера
при работе.
Наиболее полно эти условия можно обеспечить при крупном
поточном производстве.
1. Однородность и степень провара фритты влияют на выще-
лачивание эмалевых зерен на протяжении всего процесса изго-
товления и выработки шликера. В непроваренных эмалях имеются
непрореагировавшие компоненты, легко переходящие в раствор
в значительных количествах (чаще всего соли щелочных металлов)
и вызывающие перезаправку шликера и дефекты (вскипание и
загазованность покрытия). Переваренные эмали выщелачиваются
меньше и требуют более длительного старения.
2. Режим грануляции расплава в первую очередь влияет на
размольные свойства фритты. Для эмалей, склонных к кристалли-
зации, скорость охлаждения при грануляции влияет также и на
другие свойства. Так, для малоборных грунтов при более медлен-
ном охлаждении расплава ухудшаются растекаемость и смачива-
ние стали при обжиге, усиливаются окисление стали и образова-
ние прогаров и пузырей. Титановые эмали могут частично закри-
сталлизоваться с выделением рутила, что ухудшает фотометри-
ческие характеристики покрытия. Скорость охлаждения при гра-
нуляции может также влиять на характер кристаллизации стек-
локристаллических (ситалловых) покрытий. Во всех случаях
желательной является большая скорость охлаждения при гра-
нуляции.
3. Режим помола эмали для приготовления шликера подробно
рассмотрен выше. По достижении необходимой степени измельче-
ния зерен эмали шликер выгружают из мельниц самотеком или
с помощью сжатого воздуха.
4. Для удаления крупных частиц и частиц магнитных мате-
риалов (железо, никель) шликер подвергают процеживанию и маг-
нитной сепарации. Целесообразно соединять обе эти операции
в одном агрегате [38].
Размеры ячейки сита зависят от тонины помола шликера:
Тонииа помола (по Применяемое сито
методу Сабанина) (№ по ГОСТу
в мл- 10-> 6613—53)
40—30 09—07
30—20 07—06
20—10 06—04
<10 04—02
78
Для ускорения процеживания применяют механические,
пневматические и электромагнитные сита с различным видом коле-
бательных движений сетки. Высокая производительность, про-
стота конструкции, экономичность в работе и самоочистка сетки
от надситного остатка делают целесообразным применение круг-
лых вращательно-вибрационных (гирационных) сит (39].
Магнитная сепарация — обязательная операция обработки
шликера, отсутствие которой может приводить к случаям массо-
вого брака. Источником магнитных частиц в шликерах являются:
техническая закись никеля (содержит металлический никель,
не растворяющийся при варке эмали), намол железных частиц (при
повреждении футеровки), случайное попадание металлических
предметов.
5. Хранение шликера осуществляется следующим образом.
После магнитной сепарации и процеживания шликер для старения
помещают в емкости, изготовляемые из коррозионностойких мате-
риалов (нержавеющая сталь, эмалированная сталь, керамические
материалы, винипластовая футеровка и т. п.). Оцинкованное
железо применять нельзя, так как попадание частиц цинка в шли-
кер вызывает образование в покрытии пузырей и уколов [40].
Емкости должны иметь перемешивающие устройства и водяную
рубашку, позволяющую поддерживать оптимальную температуру
старения (18—20° С). Режим перемешивания (7—12 мин каждые
1—2 ч, скорость вращения мешалки 36 об/мин) может поддержи-
ваться автоматически с помощью реле времени.
Основное назначение старения состоит в стабилизации свойств
шликера. После слива в шликере продолжаются процессы разру-
шения поверхности зерен эмали (гидролиз, растворение, ионный
обмен, пептизация), дальнейшее коллоидное раздробление и на-
бухание глины (бентонита), сопровождающееся адсорбцией ионов
на поверхности частиц. Все эти процессы, интенсивно идущие
в первые дни после помола, с течением времени замедляются.
Продолжительность старения зависит от марки эмали. При высо-
ком содержании борного ангидрида и щелочных окислов эмали
должны подвергаться старению в течение 12—36 ч (борные грунты,
эмали с яркими пигментами), малоборные и малощелочные
эмали и эмали с высокой устойчивостью к выщелачиванию — от
3 до 6 суток. Титановые эмали обычно выдерживают 2—4 дня.
При длительном хранении, особенно в жаркое время года,
возможно вспенивание шликера и повышение его вязкости вслед-
ствие деятельности микроорганизмов, источником которых яв-
ляются глина, бентонит, вода, некоторые заправочные средства.
Для подавления деятельности микроорганизмов применяют
стерилизацию компонентов либо введение ингибиторов [41]. Наи-
более эффективна и безвредна для качества эмалирования добавка
в шликер 0,1% нитропарафина (тригидроксиметилнитрометана).
Ингибирующее действие оказывают также формальдегид, карбо-
ловая кислота и некоторые заправочные средства (см. табл. 12).
79
6. Важнейшее значение для свойств шликера имеет его состав.
С помощью мельничных добавок можно регулировать в широких
пределах самые разнообразные свойства шликера: реологические
характеристики, усадку и взаимодействие его с металлом при
сушке, прочность высохшего слоя и прочность приставания его
к подложке, газовыделение при обжиге, температуру и интервал
обжига, смачиваемость подложки шликером и расплавом, взаи-
модействие с металлом при обжиге. Кроме того, добавки влияют
и на свойства готового покрытия: цвет, блеск, заглушенность,
химическую устойчивость, эластичность, коэффициент термичес-
кого расширения и др. Это всегда следует учитывать при введении
добавки. При описании различных видов эмалей приведены ти-
повые мельничные составы при их помоле, здесь дана лишь крат-
кая характеристика мельничных добавок.
К воде для приготовления шликера предъявляют следующие
требования [42]: малая жесткость, т. е. низкое содержание угле-
кислых солей магния и кальция; минимальное содержание СГ
и SO4. Хлориды вызывают появление прогаров и «медной головки»
при обжиге грунтового слоя, поэтому содержание С1' не должно
превышать 18 мг!л, SO4 может вызывать изменение окраски тита-
новых эмалей и появление лунок.
К основным суспендирующим добавкам относятся следующие.
Глина повышает температуру, расширяет интервал обжига
и является одним из основных источников выделения газов при
обжиге. Количество добавляемой глины колеблется от 4 до 10%
от веса фритты, обычно добавляют 5—6%. Глина повышает со-
противляемость разрывам и прочность приставания к подложке
высушенного слоя шликера, сообщает эмалевым покрытиям пу-
зырчатую структуру. В грунтовом слое такая структура является
благоприятной, так как мелкие пузырьки повышают его эластич-
ность и служат резервуаром для выделяющегося при охлаждении
металла водорода. В то же время глина представляет собой источ-
ник водорода в системе эмаль—металл. Этим объясняется двоякое
влияние добавки глины на склонность эмалированной стали к об-
разованию «рыбьей чешуи» [43—46]. В покровном слое эмали на-
личие пузырьков нежелательно. Добавки глины понижают хими-
ческую устойчивость покровных эмалей.
Бентонит имеет суспендирующую способность в 3—4
раза сильнее, поэтому его вводят в количестве 0,4—1,5%. Соответ-
ственно уменьшается его отрицательное влияние на свойства
покрытия.
Шликер, изготовляемый на бентоните, — студневидный и
тиксотропный, поэтому его трудно наносить методом окунания
или облива, для пульверизации же он вполне пригоден. Чаще
всего бентонит вводят, вместо глины в шликер кислотоупорных
эмалей. Природные глины и бентониты содержат много примесей,
которые могут быть причиной различных дефектов.
80
В качестве суспендирующего вещества вместо глины пред-
ложено [47] вводить в покровные эмали кремнезем коллоидных
размеров в количестве до 2%. При этом снижается температура
обжига, увеличивается блеск, уменьшается количество пузырей
и повышается химическая устойчивость.
К добавкам, регулирующим температуру и интервал обжига
грунта, относятся тонкоизмельченные кварцевый песок, кварце-
вая мука, плавиковый шпат, полевой шпат, пегматит, нефелин-
сиенит и некоторые другие силикаты. Общее содержание их ко-
леблется в пределах 5—40% от веса фритты. Эти добавки увели-
чивают сопротивляемость эмалевых покрытий возникновению
«рыбьей чешуи», причем сочетание нескольких добавок действует
эффективнее, чем отдельные вещества. Например, рекомендуют
такое сочетание добавок на 100 вес. ч. фритты [48]: кварц — 10,
полевой шпат — 10, плавиковый шпат — 5, углекислый кальций
5 вес. ч. Для этих целей предложено также вводить в шликер грун-
товых эмалей 15—25% молотого вулканического стекла — пер-
лита [49].
Основные заправочные средства и их краткая характеристика
приведены в табл. 12.
В грунты при помоле предложено добавлять соли лития, улуч-
шающие сцепление [50]: кобальтит лития ЫСоО2 (0,2—0,4%)
и манганит лития Ы2МпО3. Действие их в 1,5—2,0 раза сильнее,
чем СоО.
К числу мельничных добавок в покровные эмали относятся
также глушители (TiO2, ZrO2, ZrSiO4, синтетический глушитель
Uverit и др.) и пигменты (см. стр. 476).
Шликеры некоторых белых и слабоокрашенных эмалей могут
быть похожи по внешнему виду. Для того чтобы легко отличать
их друг от друга, предложено [51] подкрашивать шликеры орга-
ническими индикаторами в минимальных количествах (5—10 г
на 100 кг фритты), выгорающими при обжиге. Для окрашивания
белых шликеров в розовый цвет добавляют ализарин (0,005%),
кристалл фиолетовый (0,004%), анилиновый голубой (0,008%);
в красный цвет — фуксин (0,005%), конго красный (0,005%);
в голубой—метиленовый голубой (0,004%), водяной голубой
(0,006%), малахитовый зеленый (0,005%); в серо-коричневый —•
нигрозин (0,01%). Такая подкраска помогает также визуально
оценивать толщину и равномерность при нанесении белой или сла-
боокрашенной эмали на эмаль того же цвета.
7. Централизованная заправка шликера и доведение его харак-
теристик до требуемых. На большинстве заводов ограничиваются
измерением и регулированием лишь удельного веса и кроющей
способности (консистенции) шликера (см. стр. 430). Обе эти ха-
рактеристики на разных производствах в зависимости от способов
и приемов нанесения колеблются даже для одних и тех же изделий
в широких пределах. Так, на одних заводах считается нормальным
удельный вес грунта (кг!дм3) в пределах 1,58—1,66, на других
6 В. В. Варгин . 81
Таблица 12
Основные заправочные средства
Наименование Вводимое количество (в % от веса фритты) Свойства и действие в шликере
Аммоний хлористый NH4C1 0,1—0,2 Возгоняется при 338° С. Хорошо растворим в воде. Применяют в по- кровных цветных и кислотоупорных эмалях. При добавке в грунт вызы- вает образование- прогаров. В шлике- ре разлагается с выделением NH3
Аммоний углекислый (NH4)2CO3H2O До 1,0 Разлагается при 58° С. Хорошо рас- творим в воде. Применяют в кислото- упорных эмалях. Предохраняет ме- талл от ржавления. Уменьшает вски- пание. В шликере разлагается с вы- делением NH3
Барий хлористый ВаС12-2Н2О » 0,5 Теряет кристаллизационную воду при 113° С, плавится при 960° С. Хо- рошо растворим в воде. Применяют в покровных эмалях. Ядовит
Барий углекислый > 0,5 Разлагается при 1450° С. Практиче-
ВаСО3 ски не растворим в воде. Имеет хоро- шие заправочные свойства. Умень- шает образование прогаров
Барий сернокислый BaSO4 » 0,8 Плавится при 1580° С. Практически не растворим в воде. Хорошо дей- ствует против образования «берего- вой полоски» (см. стр. 152). Свеже- осажденный BaSO4 применяют при длительном хранении грунтового шли- кера (до 0,2%)
Калий углекислый К2СО31,5Н2О 0,2—0,6 Плавится при 890° С. Хорошо рас- творим в воде. Универсальное запра- вочное средство почти для всех видов покровных эмалей (кроме красных). Увеличивает прочность приставания шликера к подложке, уменьшает ржавление металла. При больших до- бавках вызывает вскипание, появляет- ся склонность к разрывам при обжи- ге, уменьшается блеск, химическая и абразивная стойкость. Не рекомен- дуется заправлять бортовые эмали (см. стр. 151)
Калий хлористый КС1 0,1—0,3 Плавится при 770° С. Хорошо рас- творим в воде. Применяют в покров- ных эмалях, особенно в титановых и яркоокрашенных (кроме красных), в том числе в бортовых. Реологические свойства шликера более стабильны, чем при заправке поташом. При вве- дении в грунт и больших добавках в покровные эмали может вызывать про- гары и .«медную головку»
82
Продолжение табл. 12
Наименование Вводимое количество (в % от веса фритты) Свойства и действие в шликере
Калий азотнокислый KNO3 0,5—1,5 Плавится при 335° С, разлагается при 400° С. Растворим в воде. При до- бавке в грунт повышает сопротивляе- мость образованию «рыбьей чешуи» [44, 48]. При длительном хранении шликера снижается консистенции и ухудшается седиментационная устой- чивость. Рекомендуют вводить в шли- кер в виде раствора перед использова- ванием
Калий железосинеро- дистый K3Fe (CN)e и железистосинеродистый K4Fe (CN)e • ЗН2О До 0,6 При нагревании разлагаются. Хо- рошо растворимы в воде. Благоприят- но влияют на консистенцию; очень эффективные ингибиторы ржавления. Применяют в грунтовых эмалях. При воздействии кислот выделяется ядо- витая синильная кислота
Кальций СаС12-2Н2О Кальций лый Са (NC хлористый азотнокис- з)з » 0,5 » 0,5 Теряет воду около 200° С, моноги- драт плавится при 260° С, безводный при 772° С. Растворим в воде. Жадно ' поглощает влагу. Применяют для кис- лотостойких эмалей. Большие добав- ки вызывают прогары Плавится при 561° С. Жадно погло- щает влагу. Хорошо растворим в воде. Сильный окислитель. Рекомендуют применять [50] в титановых и цирко- ниевых эмалях
Кадмий CdCO3 углекислый 1—2 Разлагается при температуре около 400° С, в воде не растворяется. Приме- няют как добавку в шликере селено- кадмиевых красных и желтых эмалей. При введении в грунт вызывает обра- зование крупных пузырей и вскипа- ние (вследствие восстановления до ме- таллического кадмия и испарения)
Кадмия окись CdO 1—2 Разлагается при 900° С, в воде не растворяется. Действует аналогично CdCO3
Литий Li2CO3 , углекислый До 1,0 Плавится при 618° С, мало раство- рим в воде. Применяют в грунтовых эмалях. Действует подобно соде. Улучшает кроющую способность
6*
83
Продолжение табл. 12
Наименование Вводимое количество (в % от веса фритты) Свойства и действие в шликере
Магния окись MgO 0,1—0,2 Плавится при 2800° С. На воздухе жадно поглощает СО2. Практически не растворяется в воде. Улучшает се- диментационную устойчивость. Вво- дят в грунтовые эмали для регулиро- вания пористой структуры, а также в светлоокрашенные покровные эмали. Повышает тиксотропность шлнкера. При больших добавках уменьшает блеск.
Магний углекислый MgCO3 0,2 Разлагается при 350° С, мало рас- творим в воде. Действует аналогич- но MgO
Магний хлористый MgCl2-6H2O До 0,5 Плавится при 712° С, безводный при 1396° С. Хорошо растворим в во- де. Гигроскопичен. Применяют в по- кровных эмалях
Магний сернокислый MgSOv7H2O » 1 Теряет воду при 200° С, безводный, разлагается при 1127° С. Хорошо рас- творим в воде. Употребляют для цвет- ных эмалей. Может вызывать «берего- вую полоску» и вскипание. Заправоч- ные свойства со временем уменьшаются
Натрий углекислый Na3CO3 0,2—0,5 Плавится при 853° С, легко рас- творим в воде. Применяют в грунто- вых эмалях. Уменьшает ржавление. По заправочным свойствам подобен К2СО3
Натрий тетраборно- кислый Na2B4O7 • 10Н2О 0,2—1,0 Плавится при 75° С, теряет воду при 200° С; безводный плавится при 741° С. Мало растворим в холодной и хорошо в горячей воде. Основное за- правочное средство в грунтовых эма- лях; применяют также в темных по- кровных и в красных эмалях. Хорошо регулирует консистенцию, действует против образования «медной голов- ки», уменьшает ржавление. При вы- соком содержании появляется склон- ность к вскипанию. Имеется опасность выпадения крупных кристалликов бу- ры и образование в этих местах лунок и прогаров при обжиге. В покровных эмалях, особенно красных, исполь- зуют также борную кислоту
84
Продолжение табл. 12
Наименование Вводимое количество (в % от веса фритты) Свойства и действие в шликере
Натрий азотистокис- лый NaNO2 0,1—0,5 Плавится при 271° С. Разлагается при 320° С. Хорошо растворим в воде. Гигроскопичен. Обладает хорошими заправочными свойствами. Увеличи- вает прочность приставания высушен- ного слоя к подложке. Ингибитор ржавления. Применяют в грунтовых эмалях (повышает сопротивляемость «рыбьей чешуе») и в титановых эмалях. При больших добавках вызывает вски- пание и могут появиться разрывы. Титановым эмалям сообщает кремо- вый оттенок. Влияет на цвет окрашен- ных эмалей. Ядовит
Натрий лый NaNOs азотнокис- 0,5—1,5 Плавится при 308° С, разлагается при 380° С. Хорошо растворим в воде. Действует аналогично KNO3
Натрия NaA103 алюминат 0,1—0,5 Плавится при 1650° С, растворим в воде. Хорошее заправочное средство со стабильным действием для всех ви- дов покровных эмалей, кроме селеио- кадмиевых. Уменьшает образование «береговой полоски»
Натрий NaCl хлористый 0,1—0,3 Плавится при 800° С, хорошо рас- творим в воде. Применяют для цвет- ных покровных и бортовых эмалей. В грунтах и при высоком содержании в покровных эмалях может вызывать прогары и «медную головку». Образо- вание крупных кристаллов при сушке вызывает появление лунок при обжиге
Натрий сернокислый NagSO^ 0,2—0,4 Плавится при 887° С, хорошо рас- творим в воде. Применяют в грунтах и цветных покровных эмалях, улуч- шает розлив. По данным [44] ухуд- шает сцепление и сопротивляемость образованию «рыбьей чешуи»
Натрий кремнефто- ристый Na2SiFe - 0,2—0,8 Разлагается при 850° С, в воде не растворяется. Применяют в цветных эмалях, в том числе в красных. Увели- чивает прочность высушенного слоя, уменьшает образование разрывов. Ядовит
85
Продолжение табл. 12
Наименование Вводимое количество (в % от веса фритты) Свойства и действие в шликере
Натрий молибденово- кислый Na2Mo04 0,1—1,0 Плавится при 687° С, растворим в воде. Применяется как добавка на мельницу к трудно заправляемым шликерам. Улучшает растекание при обжиге и сцепление, уменьшает обра- зование прогаров. Аналогично дей- ствуют другие молибдаты (аммония, лития, бария). В покровных эмалях вызывает образование «береговой по- лоски», в титановых — разнотонность при обжиге
Силикат натрия (ка- лия) R2O-mSiO2-nH2O (m = 1ч-2) 0,1 Средство против образования хлопьев в шликере (коагуляция). По- вышает прочность высушенного слоя и прочность приставания к подложке, уменьшает ржавление. Применяют в грунтовых, реже в покровных эма- лях. Ухудшает чистоту тона ярко- окрашеиных эмалей
Соляная кислота кон- центрированная НС1 0,2—0,3 Добавляется в яркоокрашенные эмали (кроме красных) для усиления сочности окраски (перед выпуском из мельницы). Нейтрализует щелочные силикаты. Используют также для за- правки кислотоупорных эмалей
Окись цинка ZnO 1—2 Возгоняется выше 1800° С. В воде практически не растворяется. Улуч- шает кроющую способность, умень- шает вскипание. Применяют в цвет- ных, в том числе селено-кадмиевых покровных эмалях
Добавки, разжижающие и уменьшающие тиксотропность шликера
Натрий пирофосфор- нокислый Na4P2O7 0,01 —0,05 Плавится при 880° С, растворим в воде. Ингибитор коррозии. В шли- кер добавляют перед работой очень малыми порциями в виде 10—20-про- центного раствора, резко снижает кон- систенцию шликера. Аналогично, но слабее действует Na3PO4, можно при- менять фосфорную кислоту
Натрий серноватисто- кислый Na2S2O3-5H2O 0,01—0,05 Теряет воду при 66,5° С, растворим в воде. Оказывает разжижающее дей- ствие. Уменьшает образование «водя- ной полоски» у бортов,- улучшает рас- текаемость покровных эмалей
86
Продолжение табл. 12
Наименование Вводимое количество (в % от веса фритты) Свойства и действие в шликере
Таннин С76Н52О46 0,01—0,06 Растворим в воде. Служит для ре- гулирования характеристик переза- правленного грунтового шликера
Органические, двух- основные кислоты и их соли (лимонная, щаве- левая) , 0,1—0,5 Снижают консистенцию шликера
Добавки, улучшающие прочность высушенного слоя шликера
и седиментационную устойчивость
Мочевина СО (NH2)2 0,1—0,6 Плавится при 132,7° С. Хорошо растворима в воде. Применяют в по- кровных эмалях для предотвраще- ния разрывов, заплавленных волос- ных линий, водяной полоски. Избы- точные добавки вызывают уменьшение блеска и вскипание. В шликере раз- лагается, поэтому рекомендуют до- бавлять непосредственно перед рабо- той в виде раствора (—30-процент- ного)
Гуммиарабик До 0,1 Образует с водой клейкую массу. Целесообразно сначала растворить в спирте. Улучшает седиментацион- ную устойчивость н прочность высу- шенного слоя. Неблагоприятно дей- ствует на блеск. Шлнкер при длитель- ном хранении склонен к брожению, для предотвращения которого добав- ляют ингибиторы брожения (см. стр. 79)
Альгинаты натрия 0,1—0,2 Солн альгиновых кислот. Образуют с водой вязкие растворы, повышают консистенцию и прочность высушен- ного шликера, уменьшают склонность к разрывам и заплавленным трещи- нам. При больших добавках умень- шает блеск
Натрнй-карбоксиме- тилцеллюлоза Na—КМЦ До 1,0 Натриеваи соль простого эфира целлюлозы и гликолевой кислоты. Образует с водой вязкие растворы. Прекрасное суспендирующее сред- ство, позволяющее резко уменьшить добавки глнны и бентонита. Шликер обладает малой тнксотропностью. Уве- личивает прочность высушенного слоя шликера
Трагант — . До 0,1 Действует подобно гуммиарабику, но интенсивнее
87
1,75—1,80; для титановых эмалей соответственно от 1,55—1,60
до 1,75—1,85; для циркониевых от 1,68—1,72 до 1,80—1,85; для
сурьмяных от 1,73—1,75 до 1,90. Для уменьшения усадки шликера
при сушке и обжиге более благоприятна работа на тяжелых шли-
керах, но она требует при ручном нанесении больших мускуль-
ных усилий. При нанесении эмалей методом окунания для более
крупных изделий берут шликер с меньшим удельным весом, для
мелких — с более высоким.
Для толщины и равномерности покрытия решающее значение
имеет кроющая способность, особенно при нанесении окунанием
или обливом. В зависимости от вида эмали, формы и величины
изделия консистенцию подбирают следующим образом:
1) чем толще должно быть покрытие, тем более высокие зна-
чения консистенции должен иметь шликер;
2) для покрытия более крупных изделий употребляют шликер
с более низкой консистенцией, для глубоких изделий и изделий
сложной формы — с „более высокой консистенцией;
3) шликер, прошедший нормальный процесс старения по
сравнению со свежим, позволяет работать при более низких зна-
чениях консистенции;
4) при тонком измельчении шликер должен иметь более высо-
кую консистенцию.
Различие приемов разравнивания покрытия при нанесении
способом окунания приводит к некоторой разнице в пределах
значений консистенции, принятых на разных заводах. Конси-
стенция грунтового шликера колеблется от 5—7 для крупных
изделий до 8—10 г/дм2 для мелких; для сильно заглушенных
белых эмалей она находится в тех же пределах; для слабо за-
глушенных' от 7—9 до 12—17 г/дм2', для цветных от 5—7 до
10—14 г!дм2.
Порядок доведения характеристик шликера до требуемых
может быть различным: либо все необходимое количество запра-
вочных средств вводят при помоле, либо вводят на мельницу
лишь вещества, обеспечивающие достаточную седиментационную
устойчивость, а также нерастворимые и труднорастворимые до-
бавки. Первый способ обеспечивает большую равномерность
перемешивания и более надежный контроль, но требует приме-
нения таких заправочных средств, действие которых было бы
стабильно в течение всего срока старения и выработки шликера.
Там, где это невозможно, непосредственно перед началом или
за 1—2 ч до начала работы характеристики шликера доводят
до рабочих с помощью растворов электролитов. Грунтовые шли-
керы заправляют нагретым до 60—70° С насыщенным раствором
буры (или смеси буры с содой), яркоокрашенные эмали — 20—
30-процентным раствором хлористого натрия или калия, эмали
с селено-кадмиевыми пигментами — раствором буры, темные эма-
ли— раствором буры и хлористого натрия (калия). Белые эмали
(кроме титановых) заправляют горячим насыщенным раствором
88
соды или 20—30-процентным раствором поташа, титановые
эмали— 20—30-процентным раствором поташа.
Сначала доводят до требуемого удельный вес шликера, а затем
очень небольшими порциями добавляют заправочные растворы,
тщательно перемешивая шликер после каждой добавки и прове-
ряя его характеристики. На небольших предприятиях заправку
шликеров непосредственно на рабочих местах производят мастера
или сменные лаборанты. В этом случае после окончания работы
необходимо вычерпать весь шликер из ванны и пропустить его
через сито и магнитный сепаратор. Вычерпанный шликер исполь-
зует следующая смена. Нарушение этого порядка приводит к на-
коплению на дне ванны комков, сгустков, металлических частиц,
кусков отколовшейся эмали и т. д. Кроме того, это ведет к накоп-
лению избытка электролитов в шликере, что может вызвать мас-
совый брак. В табл. 12 указано вредное действие избытка запра-
вочных средств.
На более крупных заводах имеются центральные заправочные
пункты (ЦЗП). Рабочие ванны заполняют шликером из емкостей
с мешалками, пропуская его через сито. Характеристики шликера
в ванне доводят до требуемых и к началу работы ванну с конди-
ционным шликером подают на рабочее место. После работы ванны
с остатками шликера транспортируют обратно на ЦЗП.
В ряде случаев требуется снизить консистенцию шликера.
С этой целью следует добавить свежий незаправленный шли-
кер той же эмали, имеющий низкую консистенцию. Для сни-
жения тиксотропности применяют разжижающие добавки (см.
табл. 12).
8. Обеспечение постоянства характеристик шликера. В про-
цессе выработки характеристики шликера существенно изме-
няются, причем наиболее резко меняется консистенция, колеба-
ния которой в течение смены могут достигать 2—3 eldM2.
Поэтому приходится два-три раза в течение смены корректировать
характеристики шликера, используя те же растворы электроли-
тов. Это в значительной мере снижает эффективность централи-
зованной заправки шликера. Рекомендуется также в течение
смены 2—3 раза процеживать шликер для разбивания сгустков
и удаления комочков и инородных включений.
При ручном нанесении шликера несмотря на колебание его
характеристик, удается получать при высокой квалификации
рабочих относительно стабильное по толщине и равномерности
покрытие (разность толщины покрытия в течение смены на разных
изделиях составляет 0,02—0,03 мм).
Механизация процесса нанесения шликера требует значи-
тельно большей стабильности его свойств. Колебания удельного
веса не должны превышать 0,02 кг! дм?, а консистенции —
0,2 г!дм2. Температура в ваннах должна поддерживаться по-
стоянной с помощью водяных рубашек. На передовых заводах
постоянная температура и влажность воздуха поддерживаются
89
в отделениях нанесения (или в камере напыления, в особенности
при электростатическом напылении).
Выполнение таких жестких требований не может быть обеспе-
чено простой централизованной заправкой шликера с последу-
ющей корректировкой. В этом случае применяют систему рецир-
куляции шликера (см. стр. 217). Шликер циркулирует по замкну-
той линии, состоящей из системы трубопроводов, ванн для оку-
нания (или питающих устройств распылителей), запасных баков,
сит, магнитных сепараторов и нагнетательных насосов.
Создан автоматический вискозиметр [52], поддерживающий
в системе постоянную вязкость шликера. Он состоит из враща-
ющегося с постоянной скоростью цилиндра, подвешенного на
чувствительной медно-бериллиевой пружине. При изменении
вязкости шликера меняется угол закручивания пружины, что
фиксируется на стрелочном циферблате. Прибор дает команду
исполнительному механизму (соленоидному клапану, соединен-
ному с резервуаром, наполненным раствором электролита), и
вязкость доводится до заданной величины.
Для перекачивания шликера разработаны диафрагменные на-
сосы и бесклапанные эксцентриковые (роторные) насосы с эла-
стичной трубкой [53].
ТЕХНОЛОГИЯ ЭМАЛИРОВАНИЯ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
Г л а в а IV
ЭМАЛИРОВАНИЕ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ
1. СТАЛЬ ДЛЯ ЭМАЛИРОВАНИЯ
Выбирая металл для изготовления эмалированных изделий,
обычно руководствуются соображениями, диктуемыми техноло-
гией изготовления металлической основы изделия, возможностью
получить на его поверхности сплошное и прочное эмалевое покры-
тие без каких-либо дефектов, а также условиями службы гото-
вого изделия. При этом учитывают стоимость металла и перера-
ботки его в изделие.
Наиболее часто для эмалирования применяют листовую мало-
углеродистую сталь. Однако в зависимости от назначения изделий
оказывается необходимым применять сталь различных марок.
Существуют общие требования к стали, предназначенной для
эмалирования, выработанные практикой производства и уста-
новленные в результате многочисленных исследований [54—59].
Для осуществления нормального технологического процесса
необходимо, чтобы поступающий в производство металл был
физически и ^химически однороден, т. е. имел одинаковый хими-
ческий состав, макро- и микроструктуру, текстуру и состояние
поверхности. Если колебания этих характеристик стали окажутся
значительными, невозможно будет осуществить постоянство тех-
нологических режимов производства и качество эмалированных
изделий будет низким.
Сталь для эмалирования должна содержать минимальное
количество примесей, неметаллических включений, газов, причем
постоянные компоненты стали—углерод, сера, фосфор, марганец,
кремний — должны быть распределены в листах стали равно-
мерно. Количество дефектов (расслоений, газовых пустот, плен,
пузырей, трещин, раковин, царапин и т. п.) в листах стали должно
быть минимальным. Неоднородности любого вида изменяют усло-
вия протекания взаимодействия между металлом и расплавленной
эмалью в процессе эмалирования, а также условия создания проч-
ной связи эмали с металлом после затвердевания покрытия и
являются участками потенциальной возможности возникновения
Дефектов эмалированных изделий.
91
На поверхности металла перед эмалированием не должно быть
никаких посторонних веществ, так как иначе не сможет произойти
необходимое полное взаимодействие между эмалью и металлом.
Все загрязнения, в том числе и окалина, образовавшаяся на
поверхности листов стали при прокатке, термообработке, горячей
штамповке и других операциях, связанных с изготовлением сталь-
ной основы изделий, должны легко удаляться при помощи обычных
средств подготовки поверхности металла к эмалированию.
Получение сплошного и прочно связанного с металлической
основой эмалевого покрытия достижимо при условии полного
растекания расплавленной эмали по защищаемой поверхности
(малой величины краевого угла смачивания) и достаточно хорошего
прилипания ее к металлу (большой работы адгезии). Как уста-
новлено [60—62], смачивание неокисленной стали расплавлен-
ными силикатами несовершенно (краевой угол смачивания со-
ставляет 65—90°). После образования на поверхности стали
тонкой, равномерной и однообразной пленки окислов железа
смачивание резко улучшается (краевой угол становится равным
15—25°), а адгезия увеличивается на 25—30% по сравнению
с адгезией к неокисленной поверхности. Такая окисная пленка
на поверхности стали образуется во время подогрева стальных
изделий, покрытых слоем шликера, до температуры его рас-
плавления.
В дальнейшем окислы железа растворяются в прилегающих
к металлу слоях расплавленной грунтовой эмали, способствуя
увеличению ее адгезии, а также и прочности сцепления затвердев-
шего покрытия с металлической основой [63—66]. Поэтому для
получения сплошного, прочно связанного с металлом и безде-
фектного покрытия необходимо, чтобы сталь при нагревании
до температуры расплавления нанесенной на нее эмали образо-
вывала окисную пленку соответствующего состава, структуры
и толщины.
Максимальной прочностью сцепления с эмалью обладает мало-
углеродистая сталь, на поверхности которой после ее нагрева-
ния в атмосфере воздуха в течение 10 мин при температуре 800°С
образуется окисная пленка весом 4—6 мг!см2, а при температуре
850—900° С — 5—7 мг!см\ Если вес пленки, образованной при
800° С, оказывается менее 2 мг!см2, малоуглеродистую сталь
считают непригодной для эмалирования [58]. Увеличение веса
(толщины) окисной пленки сверх указанных^ значений также
приводит к понижению прочности сцепления эмали с малоугле-
родистой сталью [62]. Для стали иного химического состава
(других марок) оптимальные значения окисляемости будут иными
[67], так как толщина окисной пленки, образующейся за опреде-
ленный промежуток времени, и ее состав зависят от состава
стали [64, 68—70].
Поскольку сталь представляет собой сплав железа с углеро-
дом, ее свойства зависят в первую очередь от содержания угле-
92
рода и структуры углеродсодержащей фазы. Принято считать,
что содержание углерода в стали, предназначенной для эмалиро-
вания, не должно превышать 0,08—0,10% [54—57].
Вредное влияние повышенного содержания углерода в том,
что при высоких температурах обжига эмалевых покрытий
(выше 700° С) углерод, взаимодействуя с окислами металлов,
из которых состоит эмаль, окисляется [71]. Выделяющиеся га-
зообразные продукты окисления (СО и СО2) или задержива-
ются в вязком слое размягченной эмали, образуя в ней
пузыри [72] и вызывая после охлаждения эмалированных изде-
лий отколы эмалевого покрытия, или прорываются сквозь слой
размягченной эмали в атмосферу, вследствие чего покрытие
становится пористым. Действительно, с повышением содержания
углерода в стали с 0,12 до 0,22% пористость одноразового грунто-
вого покрытия увеличивалась примерно в 8—10 раз, а при со-
держании углерода 0,42—0,67% — в 200—600 раз. О количестве
же газов, задерживающихся в эмалевом покрытии, можно было
судить по изменению толщины слоя эмали в процессе эмалирова-
ния. При одинаковой толщине слоя шликера, нанесенного на по-
верхность образцов стали, толщина эмалевого покрытия после
обжига при содержании углерода 0,22% увеличивалась на 14%,
а при содержании 0,83% примерно в 2,5 раза [73].
Выделение углеродсодержащих газов в значительной степени
зависит от структуры и распределения карбидной фазы в стали.
При наличии в поверхностных слоях стали крупных скоплений
цементита (Fe3C) выделение СО и СО2 оказалось заметно большим
чем в тех случаях, когда углерод был связан в перлит.
На сплошность эмалевого покрытия и образование в нем де-
фектов (пузырей, отколов и т. п.) влияет также выделение из
стали других газов, в частности водорода, вследствие понижения
его растворимости в металле при понижении температуры. Иссле-
дования состава газов, выделяющихся в зоне контакта эмаль—
сталь, позволили установить, что в начальный период обжига
эмалевого покрытия они состоят преимущественно из СО и СО2
(76,7%), а в завершающей стадии обжига, в основном из водорода
(74,3%). В газе, выделяющемся при возникновении мелких ногте-
видных отколов эмали после затвердевания покрытия (дефект
«рыбья чешуя»), обнаруживали 85—99% Н. Азота в составе
выделяющихся газов не обнаруживали. Очевидно, вследствие
сравнительно большого атомного радиуса диффузия азота внутри
стали и его выделение затруднены даже при достаточно высоких
температурах.
Появление водорода на границе раздела металл—затвердев-
шая эмаль считают основной причиной возникновения дефекта
эмалевого покрытия «рыбья чешуя» [54—57, 74]. В зависимости
от химического состава, структуры, технологии получения эма-
лируемой стали ее способность растворять водород при высоких
температурах и выделять его при низких температурах различна.
93
Так, с повышением содержания углерода в стали скорость проник-
новения и растворимость в ней водорода, а также скорость его
выделения из стали уменьшаются. Однако эта зависимость нару-
шается в области, заключенной между точками Асг (723° С для
чистого железа, 730—735° С для стали, содержащей дб 0,5% С)
и Ас3 (906° С для чистого железа, 874° С для стали, содержащей
0,05—0,12% С, 854° С для стали с 0,17—0,24% С и 802° С для
стали с 0,42—0,5% С) диаграммы состояния железо—углерод, т. е.
в области, в которой сталь представляет собой двухфазную си-
стему, состоящую из a-железа (феррита) и у-железа (аустенита)
в различных соотношениях [75].
Наибольшее количество дефектов эмалевого покрытия свя-
занных с газовыделением, наблюдалось в тех случаях, когда тем-
пература обжига эмали и содержание углерода в стали соответ-
ствовали соотношению 50% феррита и 50% аустенита [76].
При этих условиях прочность сцепления эмали со сталью была
минимальной. Минимальное количество дефектов и максималь-
ная прочность сцепления наблюдались при обжиге вдоль гра-
ницы перехода стали в однофазное у-состояние (т. е. в точках Лс3).
Если же обжиг покрытия производился в условиях полного пре-
вращения стали в аустенит, то выделение газов увеличивалось
пропорционально содержанию углерода [77]. Таким образом,
можно было бы ожидать, что при соответствующем подборе со-
ставов эмали (температуры обжига эмалевого покрытия) удастся
добиться удовлетворительных результатов эмалирования стали
с повышенным содержанием углерода.
При нагревании до температуры а —> у структурного превра-
щения (до точки Лс3) значительно, примерно в 10 раз, изменяется
величина коэффициента термического расширения стали [56].
При такой температуре происходят коробление и изгиб стальных
изделий, в особенности при больших размерах их. Максимальное
коробление стали наблюдалось при двухфазной структуре (50%
феррита и 50% аустенита). Если же обжиг эмалевого покрытия
проводился при температуре выше точки Лс3, то при увеличении
содержания углерода коробление и изгиб стальных изделий
уменьшались [76]. Тем не менее затруднениями, связанными
с появлением высокотемпературных дефектов эмалевого покры-
тия (прогаров, прыщей, пузырей и др.), по-видимому, можно
объяснить стремление применять сталь с пониженным содержа-
нием углерода.
Существенное влияние на выделение газов из металла во
время эмалирования и возникновение дефектов эмалевого покры-
тия оказывает структура стали. С ростом зерен ферритной и
углеродсодержащей (перлитной или цементитной — при обычной
температуре, аустенитной — при температуре эмалирования) фаз
количество дефектов покрытия увеличивается [71 ]. В особен-
ности это заметно на участках изделий, подвергающихся холод-
ной деформации, близкой к 10%. Наоборот, наличие в структуре
94
стали мелкодисперсных карбидов способствует уменьшению де-
фектов, связанных с выделением водорода [78]. Проницаемость
стали для водорода, которую некоторые авторы [57 ] считают
основным показателем склонности стали к появлению дефекта
«рыбья чешуя», больше у стали с волокнистой и строчечной струк-
турой и значительно меньше у стали с равноосными зернами фер-
рита. Наличие искажений в кристаллической решетке, неметал-
лических включений, внутренних полостей, пор, мйкротрещин,
царапин и любых других дефектов структуры и поверхности
металла, которые могут являться местами скопления газов, при-
водит к возникновению дефектов эмалевого покрытия. Дефекты,
связанные с выделением водорода из металла, чаще наблюдают
при применении горячекатаной стали, характеризующейся более
грубым рельефом поверхности, чем при применении холодно-
катаной стали [79].
Поэтому сталь с рыхлой структурой, с большим количеством
неметаллических включений и незаваренных при прокатке пузы-
рей, сталь с волокнистой и строчечной структурой и грубым
рельефом поверхности не следует применять для эмалирования.
По химическому составу малоуглеродистую сталь, применяе-
мую для изготовления эмалированных изделий, можно разделить
на четыре типа, характеризующиеся содержанием компонентов
[54—57, 80—82], приведенным в табл. 13.
Таблица 13
Химический состав малоуглеродистой стали (в %)
Компоненты Кипящая сталь Спокойная сталь
Обычная сталь Улучшенная сталь Эмалировоч- ное железо
Углерод 0,05—0,10 0,04—0,05 <0,03 <0,14
Кремний <0,06 Следы Следы 0,17—0,35
Марганец 0,25—0,52 0,10—0,30 0,02—0,16 0,25—0,65
Фосфор 0,01—0,09 0,03—0,05 0,005—0,01 <0,04
Сера 0,01—0,05 0,02—0,035 0,02—0,035 <0,05
Никель <0,25 <0,20 <0,20 <0,25
Медь <0,50 <0,50 Следы <0,20
Хром <0,20 <0,20 <0,20 <0,25
Молибден <0,10 <0,10 <0,10 <0,10
Этому химическому составу примерно соответствуют: в США —
кипящая сталь сорта «А» для обычной и сорта «В» для глубокой
вытяжки по спецификации ASTM — А424—62Т [83], в ФРГ —
кипящая сталь марок StIII23 и StV23 по DIN1623 [84, 85].
95
За рубежом для изготовления эмалированных изделий обычно
поставляют сталь в соответствии со специальными требованиями
заказчика и с гарантией ее хорошей эмалируемое™.
В СССР для производства тонкостенных (до 4 мм) эмалирован-
ных изделий (посуды, деталей бытовой газовой аппаратуры и
холодильников, санитарно-технических изделий и др.) применяют
холоднокатаную малоуглеродистую сталь марок 05кп и 08кп
по ЧМТУ 1-568—68 (химический состав по ГОСТу 1050—60).
Содержание углерода в ней, по требованию заказчика, не должно
превышать 0,1%. Кипящая холоднокатаная сталь обладает луч-
шими пластическими свойствами, большей чистотой и гладкостью
рельефа поверхности.
Для производства эмалированной химической аппаратуры
толщиной выше 4 мм почти исключительно применяют [86]
горячекатаную сталь 08 и 10 по ЧМТУ 1-109—67 (химический
состав по ГОСТу 1050—60, но с содержанием углерода не более
0,10%). Слиток спокойной стали меньше подвержен ликвации
углерода, серы и фосфора и поэтому более однороден по составу
и механическим свойствам, что особенно важно при изготовлении
изделий, предназначенных для эксплуатации при повышенных
давлениях и температурах. При условии улучшения качества
кипящей стали (уменьшения количества расслоений, не завари-
вающихся при прокатке на толстый лист пузырей, уменьшения
ликвации примесей в слитке) ее применение для изготовления
толстостенных эмалированных изделий окажется более перспек-
тивным.
На поверхности тонкостенных изделий из горячекатаной стали
не удается получить бездефектное покрытие; оно обычно изоби-
лует уколами, пузырями, «рыбьей чешуей» и другими дефектами.
Горячекатаная сталь отличается значительной неравномерностью
толщины листов, повышенной шероховатостью поверхности, не-
однородной структурой и другими недостатками, особенно заметно
влияющими на результаты эмалирования тонкостенных изделий.
При изготовлении крупногабаритных толстостенных изделий,
на поверхность которых обычно наносят несколько слоев эмали,
влияние способа прокатки сказывается значительно меньше.
Значительную часть эмалированных стальных изделий изго-
товляют холодной (посуду, санитарно-технические и другие изде-
лия) или горячей (детали химической аппаратуры) штамповкой.
В этих случаях стремятся применять сталь, обладающую необ-
ходимой пластичностью. Качество тонколистовой стали тем выше,
чем больше операций вытяжки можно выполнить без промежу-
точного отжига, необходимого для восстановления пластических
свойств стали, понижающихся в процессе холодной штамповки
(возникновение наклепа). При правильном построении техноло-
гического процесса тонколистовая малоуглеродистая сталь должна
выдерживать 4—5 операций вытяжки при суммарном удлинении
до 120% без появления трещин.
96
Способность стали к пластической деформации определяется
совокупностью ее механических свойств: пределом прочности
при растяжении, пределом текучести и относительным удлине-
нием. Принято считать, что предел прочности при растяжении
тонколистовой малоуглеродистой стали для глубокой вытяжки
не должен превышать 38 кПмм2, а удлинение (при толщине листа
менее 1,5 мм) должно быть выше 26%. Предел текучести такой
стали составляет, как правило, после нормализации 22—28 кПмм2,
после отжига— 15—25 кПмм2 [59]. Толстолистовая сталь,
предназначенная для горячей штамповки, должна иметь предел
прочности при растяжении не менее 32—33 кПмм2 и относитель-
ное удлинение выше 33—34%.
Для полной характеристики поведения стали при холодной
и горячей штамповке этих данных оказывается недостаточно,
так как в процессе пластической деформации металл испытывает,
кроме растяжения, также напряжения изгиба, сжатия и др.
Поэтому для определения пригодности тонколистовой стали к глу-
бокой вытяжке проводят специальное технологическое испытание
с помощью прибора ПТЛ (проба по Эриксену), выдавливая
пуансоном определенного радиуса в образце металла лунку. Глу-
бина лунки, при которой в металле происходи тразрыв, должна
быть: для стали толщиной 0,5 мм — не менее 8,5—9,0 мм, тол-
щиной 1 мм — не менее 10—10,5 мм и толщиной 2 мм — не
менее 12 мм. Однако надежную информацию о поведении стали
как при холодной, так и при горячей штамповке можно получить
лишь в результате опробования в производственных условиях.
Для того чтобы листовая сталь обладала требуемой пластич-
ностью, необходима прежде всего высокая степень чистоты ме-
талла. Все известные постоянные и случайные примеси, а также
раскислители и легирующие элементы, упрочняют малоугле-
родистую сталь, что неблагоприятно влияет на ее штампуемость
[87]. Содержание неметаллических и газовых включений в стали
должно быть минимальным, а содержание углерода, серы, фос-
фора, мышьяка, марганца, меди и растворенных газов (в осо-
бенности азота) — по возможности низким. Сталь должна обла-
дать равномерной мелкозернистой структурой с равноосными
зернами феррита и мелкодисперсным цементитом. В листах стали
не должно быть скрытых и выходящих на поверхность расслое-
ний и газовых пузырей, а на их поверхности — царапин, трещин,
раковин, посторонних включений, вкатанной окалины. Листы
должны иметь равномерную толщину, ровную, гладкую и чистую
поверхность. Применяемая для штамповки листовая сталь должна
обладать одинаковыми во всех направлениях свойствами неза-
висимо от направления прокатки; не должна быть склонна к ста-
рению, короблению при высоких температурах, к образованию
линий скольжения и ломкости.
Все эти требования полностью совпадают с требованиями
к стали для эмалирования. Поэтому в ЧМТУ 1-568—68 на сталь
7 В. В. Варгин 97
ДЛя эмаЛировйния предусмотрены ограничения величины зерен
феррита и содержания свободного цементита. Величина зерна
феррита ограничена номерами 6—9 (по ГОСТу 5639—65); содер-
жание свободного цементита допускается не выше 3-го балла
(по шкале 1 ГОСТа 5640—68). Проверка качества и приемка
листов - стали должна производиться в соответствии с ГОСТом
914—56 (тонколистовая сталь по ЧМТУ 1-568—68) и ГОСТом
1577—53 (толстолистовая сталь по ЧМТУ 1-109—67). По со-
стоянию поверхности тонколистовая сталь .должна соответство-
вать требованиям отделки II группы по ГОСТу 914—56.
Сталь, из которой будут изготовлять детали, соединяемые
в дальнейшем сваркой, должны обладать способностью хорошо
свариваться. Пригодность к сварке, как и к глубокой вытяжке,
зависит от чистоты металла, особенно от наличия в нем примесей
(углерода, серы, фосфора) и неметаллических включений. Так,
при сварке стали с повышенным содержанием углерода сварной
шов получается твердым и хрупким, а в эмалевом покрытии над
ним появляются дефекты: газовые пузыри, трещины, сколы и др.
Аналогичные дефекты над сварным швом наблюдаются в случае,
если сталь содержит значительное количество неметаллических
или газовых включений.
Для того чтобы сталь удовлетворяла всем перечисленным
требованиям, необходимо соблюдение определенных условий на
всех стадиях ее производства, начиная с выплавки. Эти условия
влияют не только на состав и структуру стали, но и на ее. меха-
нические и термические свойства, сопротивление деформации,
штампуемость и свариваемость, окисляемость и эмалируемость.
Часто,сталь различных плавок и, тем более, выплавленная или
прокатанная на различных заводах в неодинаковой степени обла-
дает нужными свойствами, поэтому важно, чтобы металл для
эмалирования поступал с одного металлургического завода.
Сталь для эмалирования следует изготовлять на заводах, при-
меняющих наиболее совершенные технологические процессы:
выплавку стали с использованием кислородного дутья, непрерыв-
ную разливку, скоростной нагрев перед прокаткой или нагрев
с применением защитных покрытий, предупреждающих поверх-
ность стали от окисления, совершенную термообработку и от-
делку поверхности.
Увеличение требований потребителей к качеству эмалирован-
ных изделий и стремление к снижению стоимости их производства
вызвали усиленные поиски новых типов стали для эмалирования.
Серьезное внимание уделялось применению для эмалирования,
главным образом безгрунтового, малоуглеродистой стали, леги-
рованной титаном [56, 57, 79, 88—91 ].
Особенностью легирования стали титаном является образова-
ние устойчивых его соединений с кислородом, азотом, водородом
и углеродом, получившее наименование «стабилизации» этих
элементов. Связанный в прочный карбид титана углерод окис-
98
ляется значительно медленнее, чем углерод, связанный с железом.
Соответственно уменьшается количество газообразных продуктов
окисления углерода, выделяющихся при обжиге эмалевого покры-
тия. Высокая устойчивость карбидной фазы титанистой стали
способствует развитию процесса электрохимической коррозии
поверхностных слоев металла на границе с расплавленной эмалью
и тем самым улучшению сцепления эмали с металлической основой.
Титанистая сталь характеризуется более высокой температу-
рой превращения a-железа в у-железо (для стали, содержащей
0,01% С и 0,6% Ti, точка Acs соответствует 950° С [77]). По-
видимому, с этим связано отличное от малоуглеродистой стали
поведение водорода в титанистой стали. Сохраняя при обжиге
эмалевого покрытия ферритное строение, титанистая сталь рас-
творяет меньше водорода, а вследствие образования прочных
гидридов, гидрокарбидов и гидронитридов титана выделение
водорода из стали после затвердевания эмали, нанесенной на
поверхность титанистой стали, практически не происходит. По-
этому связанные с выделением водорода дефекты эмалевого по-
крытия (в частности, «рыбья чешуя») при применении титанистой
стали не возникают и становится возможным осуществлять без-
грунтовое и двустороннее эмалирование изделий [56, 57, 88].
При отношении содержания титана к содержанию углерода
около 2 : 1 наблюдается существенное понижение содержания
свободного азота в стали, а введение в малоуглеродистую сталь
количества титана в 4,5 раза больше, чем углерода, практически
исключает деформационное старение'. Титанистая сталь обладает
большим сопротивлением короблению при высоких температу-
рах, чем обычная малоуглеродистая сталь. Коэффициент терми-
ческого расширения титанистой стали изменяется при повышен-
ных температурах более равномерно. Титанистая сталь хорошо
сваривается, не обнаруживая дефектов эмалевого покрытия над
сварным швом.
Увеличивая стойкость стали против высокотемпературного
окисления [68], титан способствует образованию под слоем
эмалевого шликера более тонкой окисной пленки. Из сталей,
содержащих различное количество некоторых легирующих эле-
ментов [62], наибольшей прочностью сцепления обладает тита-
нистая сталь, в которой содержание титана почти точно соответ-
ствуёт необходимому для полного связывания всего углерода,
содержащегося в стали, в карбид титана
(-57-р = 4-нб) . В этом
\ % /
случае полностью устраняется появление пор и пузырей в обра-
зующемся эмалевом покрытии.
Аналогичная зависимость наблюдалась и при изменении со-
держания в стали других карбидообразующих элементов (хрома,
ванадия). Как при меньшем, так и при большем содержании ти-
тана (хрома, ванадия) прочность сцепления была ниже. По-
видимому, оптимальное содержание титана в малоуглеродистой
7*
99
стали зависит от содержания углерода. Тем не менее, различные
авторы рекомендуют составы титанистой стали, в которых отно-
шение колеблется в широких пределах — от 4 до 30 [55,
57, 87, 88, 92]. На практике, однако, ограничиваются величиной,
не превышающей 9. Более высокое содержание титана приводит
к растворению его в феррите и к ухудшению пластических свойств
стали. По рекомендуемому различными авторами химическому
составу титанистую сталь можно разделить на две группы. Сталь
первой группы рекомендуют, главным образом, для изготовления
тонкостенных изделий методом холодной штамповки, сталь вто-
рой группы — для толстостенных (химической аппаратуры), не
подвергаемых пластической деформации в процессе изготовле-
ния. Содержание компонентов в стали следующее (%):
Для тонкостенных Для толстостенных
изделий изделий
Углерод..................... 0,02—0,10 0,05—0,12
Кремний................ 0,01—0,10 0,10—0,37
Марганец ................... 0,04—0,50 0,25—0,50
Фосфор ..................... 0,005—0,01 sC0,04
Сера......................... 0,003—0,05 0,04—0,05
Хром.......................... 0,01—0,10 sg0,20
Никель ..................... 0,04—0,07 ^0,30
Алюминий.................... 0,01—0,12 —
Титан ........................ 0,14—0,50 0,20—0,70
Механические свойства тонколистовой холоднокатаной тита-
нистой стали характеризуются следующими данными [57, 87,
91]: предел прочности при растяжении 33—36 кГ/мм2, относи-
тельное удлинение 38—41,5%, предел текучести 14—17 кПмм2.
Толстолистовая горячекатаная сталь (по-видимому, вследствие
повышенного содержания кремния) обладает повышенными проч-
ностными и пониженными пластическими характеристиками:
предел прочности ее при растяжении 45—-60 кПмм2, относитель-
ное удлинение 29,5%, предел текучести 30 кПмм2, ударная
вязкость 10,5 кГм/см2. После нормализации при 870—900° С
предел прочности на растяжение 38—41 кПмм2, относительное
удлинение 26—40,5%, предел текучести 16—27 кГ/мм2, ударная
вязкость 19—35,0 кГм!см2.
Описанные преимущества титанистой стали привели к довольно
значительному ее распространению, главным образом для без-
грунтового эмалирования плоских тонкостенных изделий и изго-
товления толстостенной химической аппаратуры ответственного
назначения, требующей двустороннего эмалирования.
При легировании малоуглеродистой стали ферротитаном в ме-
талле существенно повышается содержание кремния, что приводит
к ухудшению штампуемости титанистой стали. Только примене-
нение титановой губки, содержащей до 98% Ti, позволило полу-
чить титанистую сталь, обладающую необходимыми для холодной
100
штамповки свойствами [93], однако угар титана в этом случае
достига л 30—70 %.
Наиболее благоприятная для холодной штамповки мелкодис-
персная структура титанистой стали образуется при нормализа-
ции листов от температуры 870—900° С. При более высоких
температурах растворяется некоторое количество карбида титана
в феррите, вследствие чего повышаются прочностные и ухуд-
шаются пластические свойства стали.
Описанные особенности производства и применения титани-
стой стали, а также экономические соображения, сильно ограни-
чили ее применение.
Ухудшение пластических свойств стали с повышенным со-
держанием титана и низкое качество поверхности слитка, услож-
нение и удорожание процесса выплавки высокотитанистой стали
привели к необходимости сочетания стабилизации титаном с при-
менением других раскислителей [56, 87, 93] и соответственного
уменьшения содержания титана.
В СССР в течение последних лет систематически выплавляют
и прокатывают опытные партии малоуглеродистой титанистой
стали 08Т для производства эмалированной химической аппара-
туры и труб.
Поставку листов стали 08Т толщиной 4—50 мм для эмалиро-
ванной химической аппаратуры в настоящее время осуществляют
по ЧМТУ 1-856—70. Химический состав стали марки 08Т
следующий (в %):
Углерод .... Не более 0,08
Хром............ 0,15
Кремний .... 0,25 Никель........... 0,30
Сера ................ 0,03 Марганец .... 0,15—0,65
Фосфор.......... 0,03 Титан ...........0,07—0,15
Величина зерна феррита должна находиться в пределах 5—
8 номеров по ГОСТу 5639—65. Количество неметаллических
включений не должно превышать 3 балла по ГОСТу 1778—62.
Механические свойства стали в нормализованном состоянии
должны быть: предел прочности при растяжении не менее
33 кГ1мм\ относительное удлинение — 25%. Поставку прутков
круглого сечения диаметром до 180 мм из стали 08Т для изго-
товления эмалированных труб осуществляют по временным тех-
ническим условиям.
Аналогично титану способностью стабилизировать углерод,
азот и водород в стали обладают также ванадий, ниобий, хром,
тантал и цирконий. Вследствие высокой стоимости этих металлов
за рубежом нашли весьма ограниченное применение в качестве
металлической основы эмалированных изделий только ванадий-
и ниобийсодержащая стали [83, 94]. Листы из таких сталей
выгодно отличаются от листов из обычной кипящей стали очень
хорошим качеством поверхности,' а также отсутствием склон-
ности к старению и появлению линий скольжения. Ванадий и
101
ниобий, также как и титан, повышают устойчивость стали против
вредного воздействия водорода. В отличие от титана ванадий не
уменьшает ркисляемости малоуглеродистой стали [68, 70, 95].
С увеличением содержания ванадия и ниобия температура фазо-
вого превращения (точка Ас3) малоуглеродистой стали повышается,
а коэффициент термического расширения уменьшается [96]’.
Следовательно, ванадий- и ниобийсодержащую стали, так же
как и титанистую, можно подвергать эмалированию при более
высокой температуре, чем обычную малоуглеродистую сталь.
Холоднокатаная сталь с ванадием обладает хорошими свойствами,
характеризующими способность материала к глубокой вытяжке,
прочностные же свойства этой стали несколько ниже обычной
малоуглеродистой [87]. Ниобий же значительно повышает проч-
ностные характеристики стали, причем ее пластичность и вязкость
остаются на достаточно высоком уровне [97].
В настоящее время в СССР проводят опробование ванадий-
и ниобийсодержащих сталей с целью их применения для изго-
товления эмалированной химической аппаратуры. Предложено
также комплексное легирование малоуглеродистой стали вана-
дием и титаном [98].
Использование для эмалирования хромсодержащей мало-
углеродистой стали представляет большой интерес в связи с отно-
сительно низкой стоимостью хрома и достаточно высокими пла-
стическими свойствами стали, содержащей до 0,5% Ст. Однако
не всегда удавалось получить хорошее эмалевое покрытие на
поверхности хром содержащей стали [58]. При содержании хрома
4—6% были получены хорошие результаты эмалирования. По-
вышение содержания хрома в малоуглеродистой стали до 1,15%
приводило к сужению интервала а—у-превращения стали, сни-
жению ее окисляемости и устранению возникновения дефекта
«рыбья чешуя» в эмалевом покрытии. Дальнейшее увеличение
содержания хрома до 1,8% способствовало увеличению прочности
сцепления эмали с металлом [99]. Для некоторых целей можно
подвергать эмалированию и высоколегированную сталь [56, 82,
100, 101]. Так, известно, об использовании для эмалирования
стали с высоким содержанием молибдена, никеля и хрома, напри-
мер хромоникелевой стали NCT (16% Сг, 30% Ni, 3% Ti и 50%
Fe), стали 18-8, стали Х18Н9, молибдено-никелевой и некоторых
других. В частности, представляет интерес эмалирование обжиго-
вого инструмента для конвейерных эмалированных печей [102],
изготовляемого из специальных жаростойких сплавов (ЭИ417,
ЭИ435, Х15Н60, Х20Н80 и др.).
Так как высоколегированные стали, как правило, отличаются
низкой окисляемостью,. очевидно, что основным условием обра-
зования прочного сцепления с металлом эмалевого покрытия
должно быть достаточное развитие электрохимических процессов,
являющееся следствием микро- и макронеоднородности поверх-
ности стали. Поэтому структуру поверхностного слоя стали (уве-
102
личение протяженности границ зерен, по которым в первую
очередь происходит коррозия стали в процессе эмалирования
[103]) и увеличение разности значений электродных потенциалов
структурных составляющих стали будут способствовать улучше-
нию свойств эмалевого покрытия.
Сталь для эмалированной аппаратуры, предназначенной для
работы при повышенных давлении и температуре, должна обес-
печивать следующие механические свойства: предел прочности
при растяжении выше 50 кГ1мм\ предел текучести выше 35 кПмм\
относительное удлинение 18—20% и ударную вязкость при
нормальной температуре выше 6 кГм!см2. Было установлено
[104], что необходимое сочетание механических и технологиче-
ских свойств и эмалируемости обеспечивает кремнемарганцевая
сталь марки 10Г2С1 по ГОСТу 5520—62. Рекомендуется следу-
ющий химический состав этой стали (в %):
С Si Мп S Р
0,10—0,14 1,0—1,2 1,5—1,65 . До 0,03 До 0,035
Результаты испытаний показали; что применение стали при-
веденного состава для изготовления эмалированных химических
аппаратов позволяет повысить температуру их эксплуатации
до 420° С и давление до 50—100 кПсм2.
Одновременно с поиском подходящих для эмалирования
низко-' и высоколегированных сталей шли изыскания методов,
позволяющих на основе обычной малоуглеродистой стали, не
содержащей легирующих элементов, получить сталь для эмали-
рования, удовлетворяющую всем условиям производства высоко-
качественных эмалированных изделий.
К концу 1958 г. в США появился новый тип стали для эма-
лирования — специально обезуглероженная сталь «Bethnamel»
с содержанием углерода 0,001—0,003% [57, 92, 105]. Вслед
за тем сталь этого типа начали производить под иными назва-
ниями («Univit», «Vitrenamel», «Zerocarbon», «Jonamel», «Diron»,
«Jouvencel», «Monemel», «Soifer», «Inland One-coat», «Vitrostaal»
и др.) как в США, так и в ряде других стран [80, 106, 107]. Обез-
углероженная сталь очень быстро завоевала рынок и уже в 1964 г.
25—30% общего количества эмалированных изделий в США
изготовляли из такой стали [105, 108]. Наибольшее применение
обезуглероженная сталь нашла при изготовлении изделий, эма-
лируемых без грунта [83, 109], хотя ее успешно применяют и
в случае двухслойного эмалирования [ПО]. В этом случае при-
менение обезуглероженной стали способствует уменьшению ко-
робления стальных изделий при обжиге эмалевого покрытия и
уменьшению количества дефектов типа «вскипания эмали».
Обезуглероженную сталь получают отжигом полос обычной
малоуглеродистой стали (с содержанием порядка 0,08% С),
неплотно свернутых в рулоны таким образом, чтобы отдельные
103
их витки не контактировали друг с другом («распущенные» рулоны).
Отжиг длится 15—20 ч при температуре 650—700° С и происходит
в атмосфере азота с небольшим содержанием водорода (4—10%).
Нагрев и охлаждение происходят в сухом газе (точка росы —
40° С), что предотвращает окисление стали. Начиная с темпера-
туры 600—650° С увеличивают содержание водорода (до 18%),
а при 700° С добавляют в состав атмосферы водяной пар (до точки
росы 20° С) для интенсификации процесса обезуглероживания
[92, 105, 108].
Из обезуглероженной стали изготовляют главным образом
плоские изделия, что, по-видимому, можно объяснить ее низкими
прочностными и пластическими свойствами [111], связанными
с укрупнением зерен феррита во время обезуглероживающего
отжига и обжига покрытия.
Химический состав (в %) обезуглероженной стали различных
марок примерно следующий [57, 92; 112]:
Углерод ........................
Кремний ........................
Марганец........................
Фосфор..........................
Сера ...........................
Алюминий .......................
0,002—0,005
0,004
0,16—0,35
0,008—0,08
0,025—0,03
0—0,1
Механические свойства обезуглероженной стали могут быть
охарактеризованы следующими данными [92]:
Предел прочности при растяжении................ 29—34 кГ!мм2
Относительное удлинение ....................... 36—40%
Предел текучести ..............................17—18 кГ/мм2
Повышенные требования к прочностным свойствам стальной
основы привели к разработке еще одного вида обезуглероженной
стали — поверхностно-обезуглероженной стали, у которой обез-
углероживанию подвергают лишь поверхностные (на глубину
порядка 0,075 мм) слои стального листа [113]. Качество безгрун-
товогоэмалевого покрытия на листах поверхностно-обезуглерожен-
ной стали оказалось превосходным [114], а механические свой-
ства соответствовали свойствам стали до обезуглероживания.
Однако более рационально осуществлять поверхностное обезугле-
роживание изготовленных стальных изделий перед эмалирова-
нием. В таком виде этот процесс получает практическое приме-
нение в СССР главным образом при изготовлении эмалированной
химической аппаратуры (стр. 206).
Применение низко- и высоколегированных сталей, очевидно,
экономически оправдано в тех случаях, когда требуются, наряду
с полным отсутствием дефектов эмалевого покрытия, также и
повышенные прочностные свойства металлической основы. По-
этому такие стали найдут применение при изготовлении эмали-
рованной химической аппаратуры, труб и других ответственных
104
изделий, предназначенных для эксплуатации при высоких тем-
пературах и давлениях.
Для изготовления же эмалированной посуды, санитарно-
технических изделий, бытовой газовой аппаратуры, холодильни-
ков, архитектурных деталей, а также химической аппаратуры
и труб, которые будут работать в условиях сравнительно невы-
соких температур и давлений, наиболее целесообразно примене-
ние малоуглеродистой стали. Облагораживание поверхности такой
стали (поверхностное обезуглероживание, химическое и электро-
химическое нанесение или диффузионное насыщение поверхност-
ных слоев элементами, способствующими улучшению свойств
эмалевого покрытия, и др.) должно явиться главным направле-
нием совершенствования технологии эмалирования стальных
изделий и улучшения их качества.
2. ПОСУДА
Кухонная посуда — наиболее распространенный вид сталь-
ных изделий, подвергаемых эмалированию. Надежная защита
металла от коррозии, нерастворимость эмали в пищевых продук-
тах при их кипячении, легкость очистки, красивый внешний вид
сделали эмалированную посуду незаменимым предметом домаш-
него обихода. Поэтому, несмотря на некоторые достоинства изде-
лий из нержавеющей стали, алюминия и пластмасс, производство
эмалированной посуды из года в год растет.
Основные требования, предъявляемые к стальной эмалирован-
ной посуде, определяются ее назначением и должны обеспечить
длительный срок ее службы и декоративный вид. Применяемые
эмали не должны содержать ядовитых компонентов и должны быть
устойчивы к действию пищевых кислот. Эмалевое покрытие на
посуде для варки пищи должно быть устойчиво к резким изме-
нениям температуры.
Принятые на различных заводах технологические схемы про-
изводства стальной эмалированной посуды мало различаются.
Одна из таких схем приведена на рис. 26.
Изготовление посуды
Стальная эмалированная посуда выпускается в основном
крупными заводами, имеющими штамповочные отделения с совре-
менным оборудованием, в которых изготовление посуды осуще-
ствляется механизированными способами.
Эмалированные посудные изделия должны быть красивыми,
легкими, прочными и удобными в эксплуатации. Конфигурация
изделия должна быть удобной для массового изготовления методом
холодной штамповки и для нанесения эмали методом окунания.
Пороки на эмалированных изделиях связаны с неудачной конфи-
гурацией изделий, например: пузыри эмали по месту швов, сколы
эмали под ручками, коробление.
105
4- Склад металла |
Склад черной посуды
Ф
4 Вырубка заго- товок
Обжиг черной 1 посуды
Ф
Ф Холодная штамповка
Травление
4
4 Обрезка, закат- ка, осаживание, раскатка
Мойка
4 4
Нейтрали- зация
4
Сушка Введение воды и мельничных добавок
4
Сортировка
4
Приварка ар- матуры, сбор- ка изделий —> Покрытие грун- том
4
Обжиг в кон- вейерной печи
Сушка глубоких
изделий
Склад серьевых материалов и химикатов
Ф
Подготовка материалов
Ф
Составление шихты Составление красителей
4 4
Перемешивание шихты Обжиг краси- телей
Ф 4
Варка эмалей Размол краси- телей
Ф 4
Помол эмалей П росеивание красителей
4
Старение шли- керов
Покрытие сна-
ружи
Сушка в конвейер-
ном сушиле
Покрытие
внутри
Обжиг изделий
4
Нанесение
рисунка
Рассор т ировка
Обжиг декора-
тивных изде-
лий
Упаковка
I
Склад готовой
продукции
Рис. 26. Схема технологического про-
цесса производства эмалированной
посуды
106
Большинство посудных изделий имеют форму простых тел
вращения и лишь у некоторых сложная конфигурация. Переходы
должны быть плавными, так как наличие на изделиях острых
углов затрудняет эмалирование.. Кривизна поверхности должна
иметь как можно больший радиус. При малом радиусе кривизны,
например на борту изделия, требуется применение специальных
бортовых эмалей.
Крышки к изделиям делают такой формы, чтобы при обжиге
не было их коробления, что освобождает от правки крышек.
Арматура изделий (ручки, ушки и др.) не должна иметь заусен-
цев. Форма и размеры ручек должны быть удобны в эксплуатации.
Арматура должна плотно прилегать к корпусу изделия. Загнутые
края ручек должны иметь неплотную сбивку для создания хоро-
ших условий травления и покрытия эмалями.
Простые симметричной формы изделия (кастрюли, тарелки,
миски, тазы и т. п.) изготовляют в основном способом холодной
штамповки. Изделия бывают цельнотянутые (кастрюли, тазы,
миски, кружки) и сборные (ведра, чайники, кофейники). На
некоторых заводах чайники, кофейники и даже ведра изготовляют
также цельнотянутыми. Отдельные части сборных изделий соеди-
няют главным образом электрической контактной сваркой. У очень
небольшого количества изделий отдельные их части соединяют
сшивкой в замок (чайники,- кофейники). Производство сшивных
изделий под эмалирование все более ограничивается, так как
в месте закатки шва после обжига эмали часто образуются пу-
зыри. Даже в случае образования небольшого количества пу-
зырьков эмали по шву на внутренней поверхности изделий вы-
зывает необходимость вторичного покрытия их эмалью. Поэтому,
где возможно, сборку деталей производят при помощи электри-
ческой сварки.
Жесткость изделий достигается нанесением зигов на корпус
и загибкой борта. Для придания жесткости подвергают формовке
также дно большинства изделий. Изделия с загнутым бортом
получили широкое распространение, но на борт приходится
наносить специальные бортовые эмали. Известна конструкция
кастрюль без закатного борта, с зигом на корпусе; крышка в такой
кастрюле входит внутрь и опирается на зиг. Механическая обра-
ботка кастрюль такой конструкции более проста.
Холодная штамповка тонколистового металла с применением
вытяжки широко используется для изготовления посуды. Основ-
ные преимущества этого способа: большая производительность
и низкая себестоимость изделий, взаимозаменяемость деталей
вследствие высокой точности соблюдения их размеров, благоприят-
ные условия для механизации и автоматизации процессов [115].
Для посудных изделий применяют главным образом листовую
малоуглеродистую сталь толщиной 0,5—0,8 мм. Изготовление
изделий из более тонкого металла (0,3—0,4 мм) снижает его
расход, но увеличивает трудоемкость при штамповке и склонность
107
изделий к короблению. Для придания дополнительной жесткости
применяют двойную закатку борта и наносят на корпус изделий,
изготовляемых из тонкого металла, добавочные зиги.
Сталь поступает в. листах или рулонах; последние разматы-
вают и разрезают на гильотинных ножницах.
Технологический процесс изготовления некоторых видов изде-
лий начинается с вырубки заготовок из листа на вырубных прес-
сах. Для изделий, имеющих форму тел вращения, вырубают круг-
лые заготовки различных диаметров. Заготовки для корпусов
сварных ведер, кофейников представляют собой развернутую
поверхность корпуса. Заготовки для ручек, ушек, носиков имеют
различные размеры и формы. После вырубки заготовки поступают
на различные вытяжные или штамповочные прессы. Изделия,
получаемые глубокой вытяжкой (кастрюли, бидоны, кувшины)
вытягивают на прессах в два—четыре приема. Плоские изделия
(крышки, тарелки) можно штамповать по две заготовки в один
прием. Миски и тазы штампуют в один или в два приема. После
вытяжки изделия проходят операции обрезки полей и загибки
борта на специальных станках.
В ряде случаев перед операцией осаживания шейки (у бидо-
нов) и перед раскаткой овальной поверхности (у кувшинов)
производят межоперационный отжиг полуфабриката при темпе-
ратуре 700—800° С. Отжиг применяется для снятия механических
напряжений и восстановления нормальной структуры металла.
Полуфабрикат отжигают в печах разных типов в течение не-
скольких минут.
Для придания изделиям окончательной формы и исправления
мелких дефектов производится раскатка на специальных раскат-
ных станках: простая с целью разглаживания морщин и фигур-
ная — для кувшинов, бидонов и т. п.
Для изготовления изделий грушевидной формы при штамповке
применяют резиновые пуансоны [116].
Изготовление корпусов сварных ведер и кофейников сводится
к операции вальцевания и последующей сборке корпуса путем
прихватки на концах точечной сваркой. Затем на шовном свароч-
ном аппарате производят сплошную сварку. После этого корпус
проходит окончательное формирование: отбортовку и нанесение
зига.
Арматуру штампуют на прессах простого действия или на
прессах-автоматах.
В последние годы в производство посудных изделий широко
внедряются многопозиционные прессы (4—12 позиций), а также
прессы-автоматы и полуавтоматы.
Дефекты черной посуды. После подготовки поверхности полу-
фабриката для эмалирования производится рассортировка черной
посуды и окончательная сборка изделий. Дефекты черной посуды
происходят из-за нарушений технологии штамповочного произ-
водства и вследствие плохой подготовки поверхности.
108
Недорез нижней кромки борта образуется вследствие неровной
обрезки заготовок, неправильной штамповки и при использова-
нии анизотропного металла.
Волнистость (гофры} или морщинистость возникает в про-
цессе штамповки из-за неправильной - настройки штампов или
применения анизотропного металла. Морщинистость устраняют
раскаткой полуфабриката на раскатных станках.
Разрывы металла на бортах изделий образуются вследствие
применения анизотропного металла, присутствия посторонних
включений в металле или некачественной структуры металла,
отсутствия или недостаточной продолжительности межоперацион-
ного отжига. Разрывы на бортах можно заваривать газовой
сваркой; после зачистки мест заварки изделия можно эмали-
ровать. Лучшие результаты получаются при использовании для
заварки проволоки из железа с минимальным количеством при-
месей.
Сварка и приварка арматуры. Арматуру к изделиям прива-
ривают на контактных сварочных машинах. Сварка корпусов
ведер, кофейников, приварка дна к корпусу ведра осуществляется
на роликовых электросварочных машинах различных типов:
для точечной и стыковой сварки — машины АТМ-10, МТПР-50,
МТП-75 и др.; для шовной сварки — машины МШМ-25 и МШМ-5,
МШМ-50.
Точечная электросварка заключается в следующем. Детали
устанавливают внахлестку и зажимают двумя медными электро-
дами, имеющими форму усеченного конуса. Под действием про-
ходящего между электродами электрического тока металл разо-
гревается и частично расплавляется. Давление, приложенное
к электродам, способствует сварке (рис. 27). Размер точек сварки
2—4 мм. Место расположения и количество точек устанавливают
в зависимости от вида и формы изделий и арматуры. Продолжи-
тельность сварки одной точки 0,05—0,1 сек.
Форма электродов для стыковой сварки фасонная, сложная,
особого профиля для каждого вида изделий. На рис. 28 показана
форма верхнего и нижнего электродов для приварки ручки
к кружке.
При шовной сварке электроды имеют форму ролика. Свари-
ваемые детали пропускают между роликами, при этом полу-
чается непрерывный шов. Сварочные электроды имеют водяное
охлаждение. Для включения и выключения тока на сварочных
машинах имеются специальные устройства — прерыватели тока.
Механическая часть сварочных машин бывает различной кон-
струкции.
Детали изделий, поступающих на сварку, должны быть
очищены от окалины, масла, ржавчины и других загрязнений.
В местах приварки арматура должна плотно прилегать к поверх-
ности изделия. Для правильного или симметричного распо-
ложения деталей арматуры на изделиях пользуются шаблонами
109
и фиксаторами или предварительно размечают места приварки
на корпусе изделия.
Доброкачественная сварка определяется следующими призна-
ками. Сварные точки должны иметь равномерный концентриче-
ский отжиг, кольцо цветов побежалости должно быть равным
1,5—2 диаметрам контактной поверхности электродов, не должно
быть наружного выплеска металла, пережога, пор, раковин.
Прочность сварки проверяют следующим образом. Из металла
такой же толщины, как и самого изделия вырезают пластины,
сваривают их и после сварки разрывают. При хорошей сварке
вырывается металл из пластины, разрыва в месте сварки не про-
Рис. 27. Схема машины для точечной
электросварки:
1 — свариваемая деталь; 2 — медные элек-
троды; 3— хобот; 4— электрододержатель;
5 — токоведущие шины; 6 — вторичная
обмотка трансформатора
Рис. 28. Схема приварки
ручки к кружке:
1 — верхний электрод; 2 — ручка;
3~нижний электрод; 4—корпус кружки
исходит. Признаками доброкачественной шовной сварки являются
провар по всей длине шва, равномерный "Цвет побежалости вдоль
шва, равный удвоенной ширине рабочей поверхности роликов.
Для проверки прочности шва разрушают в слесарных тисках
образцы, вырезанные из бракованного сваренного изделия (на-
пример, ведра). Ширина провара должна быть 1,5—2 мм. Проч-
ность приварки арматуры проверяют на специальных устрой-
ствах. Не должно быть разрыва в месте сварного шва; утолщение
металла в месте сварки Должно быть 1,0—1,5 мм.
Дефекты сварки. Выплески металла и пережог у мест сварки
в основном связаны с перегревом металла й образуются при
недостаточном давлении электродов, большом времени выдержки
и большой силе тока.
Раковины и поры появляются чаще всего при наличии загряз-
нений и недостаточном давлении на электроды, а также при пере-
жоге.
Просветы в месте сварного шва на корпусах ведер или кофей-
ников образуются в результате пережога металла при сварке
и обнаруживаются после травления.
ПО
Вмятины получаются вследствие неправильной установки
электродов при сварке встык.
Прочие дефекты сварки: косая приварка, постановка свароч-
ных точек с краю привариваемой арматуры, неправильное рас-
положение и недостаточное количество точек сварки зависят
только от невнимательности сварщика.
Подготовка поверхности
Одно из основных условий образования на стальных изделиях
сплошного, прочного, лишенного дефектов эмалевого покры-
тия — соответствующая подготовка их поверхностей перед на-
несением эмали.
На поверхности каждого изделия всегда находится значитель-
ное количество загрязнений, которые могут ослабить сцепление
эмали с металлом, привести к образованию дефектов эмалевого
покрытия. Загрязнения можно подразделить на три основные
группы:
1) твердые окисные и солевые образования (пленки или от- -
дельные кристаллы), образующиеся при производстве изделий:
окалина, ржавчина, продукты травления и т. п.;
2) масляные, жировые и эмульсионные пленки, наносимые
при холодной прокатке и штамповке в качестве смазки или по-
падающие случайно;
3) посторонние твердые и жидкие загрязнения случайного
характера, являющиеся как рграническими, так и неорганиче-
скими веществами, не образующие сплошных пленок.
. Загрязнения 1-й группы удаляют травлением или восстанов-
лением окислов и последующей тщательной промывкой. Загряз-
нения 2-й группы растворяются в некоторых органических раство-
рителях; в щелочной среде часть из них (масла и жиры животного
и растительного происхождения) омыляется, а другая часть
(минеральные масла) при определенных условиях диспергируется
и образует отделяющиеся от поверхности металла эмульсии.
Масла и жиры при нагревании в окислительной атмосфере сго-
рают, а в восстановительной и нейтральной — разлагаются,
перегоняются и испаряются. Загрязнения 3-й группы часто не
поддаются воздействию обычно применяемых средств очистки
[117]. Удаление этих загрязнений происходит вместе с поверх-
ностными слоями стали при превращении последних в окалину
(при термическом обезжиривании) или растворении их в кисло-
тах (при травлении).
Некоторым методам очистки сопутствуют процессы, иногда
существенно изменяющие состояние поверхности или всей массы
металла. Так, при кислотном травлении увеличивается шерохо-
ватость поверхности, а при высокотемпературном термическом
обезжиривании (обезжиривающем отжиге) устраняются внут-
ренние напряжения, возникшие при обработке давлением,
Ш
и происходит обезуглероживание поверхностных слоев стали. Эти
явления следует также учитывать при выборе способов подго-
товки поверхности стальных изделий к эмалированию.
Очистка поверхности чисто механическими способами с по-
мощью абразивов (дробеструйная, стр. 343) и гидроабразивная
очистка не находят применения при подготовке к эмалированию
тонкостенных посудных изделий из-за недостаточной эффектив-
ности и возможности деформации металла.
Химическое обезжиривание с использованием органических
растворителей, которое широко применяется за границей [33,
118], требует специального оборудования, связано с выделением
в атмосферу ядовитых паров и в СССР не используется.
Обезжиривание в щелочных растворах с добавками эмульга-
торов и веществ, улучшающих смачивание поверхности металла,
осуществляется как на заграничных, так и на отечественных
заводах главным образом для подготовки изделий простой формы
и подробно описано ниже (стр. 201).
Процессы химического обезжиривания интенсифицируют при
помощи электрического тока [117, 119]. Применение ультра-
звука (стр. 203) значительно повышает эффективность химических
способов очистки [120—123]. Однако для посудных изделий,
отличающихся сложной конфигурацией, очистку при помощи
ультразвука применить пока не удается.
Наиболее распространенным способом подготовки посудных
изделий для эмалирования до сих пор остается обезжиривающий
отжиг с последующим удалением образовавшейся окалины трав-
лением в кислотах.
Обезжиривающий отжиг. Это способ при достаточно высокой
температуре и свободном доступе кислорода воздуха к поверх-
ности металла достаточно эффективен. Обычно обезжиривающий
отжиг производят в течение 10—20 мин при температуре
650—800° С [33, 124, 125].
Столь высокую температуру обезжиривающего отжига, уста-
новившуюся в практике эмалировочных предприятий, можно
объяснить стремлением интенсифицировать процесс очистки по-
верхности изделий, а также неэкономичностью работы печей при
пониженных температурах.
Кроме того, при низких температурах трудно достичь полного
устранения внутренних напряжений в металле и невозможно
осуществить обезуглероживание поверхностных слоев стали, не-
обходимое для получения бездефектного эмалевого покрытия.
Для того чтобы в процессе обезжиривающего отжига на по-
верхности стали образовалась легко удаляемая при последующем
травлении окалина, изделия перед посадкой в печь обрызгивают
5—12-процентным раствором хлористого аммония (нашатыря)
или соляной кислотой (отработанным травильным раствором).
В обоих случаях при температуре печи образуется газообразный
влажный хлористый водород (в первом случае также инертный
1?2
аммиак), который, проникая в мелкие поры и углубления, име-
ющиеся на поверхности стальных изделий, способствует образова-
нию слоя рыхлой окалины, легко удаляемой при травлении.
При проведении чернового отжига в электропечах с открытыми
нагревателями нельзя применять смачивание деталей раствором
соляной кислоты или хлористого аммония, так как под действием
паров этих веществ в условиях высоких температур электронагре-
ватели быстро выходят из строя.
По-видимому, обычный процесс обезжиривающего отжига
в атмосфере, содержащей хлористый водород, не является опти-
мальным с точки зрения поверхностного обезуглероживания,
эффективное осуществление которого, судя по литературным
данным [126—128 ], позволяет успешно осуществлять эмалирова-
ние стали с повышенным содержанием углерода.
Поэтому в последнее время проявляют особенный интерес
к так называемому «светлому» отжигу, осуществляемому в вос-
становительной, нейтральной или слабоокислительной атмосфере
регулируемого состава [127—129]. Так как при этом не обра-
зуется окалины, которую нужно было бы удалить с поверхности
изделий (образующаяся при отжиге в слабоокислительной атмо-
сфере тонкая окисная пленка не мешает [127]) осуществлению
процесса эмалирования, то применение этого способа подготовки
поверхности стали к эмалированию делает излишними операции
травления, промывки и нейтрализации, применяемые обычно
после обезжиривающего отжига (см. стр. 206). Однако в произ-
водстве эмалированной посуды в СССР этот безусловно перспек-
тивный процесс пока еще не применяют.
Травление. В процессе производства, посудных изделий из
тонколистовой стали, предназначенных для эмалирования, по-
верхность металла многократно подвергают воздействию кисло-
рода воздуха при повышенных температурах, результатом чего
является ее окисление.
Малоуглеродистая сталь содержит, кроме железа и углерода,
ряд примесей (фосфор, серу, марганец, кремний, алюминий, хром
и др.), окисление которых вместе с железом ведет к образованию
сложной окалины, состоящей из многокомпонентных слоев.
Поэтому после растворения окисной пленки на поверхности мало-
углеродистой стали обычно остается черный сажеобразный налет
так называемого «травильного шлама». В состав шлама входят,
кроме особого вида кристаллов магнетита (Fe3O4) особенно плохо
растворяющихся в кислотах, также окислы содержащихся в стали
труднорастворимых примесей или неокисленные примеси, напри-
мер медь. При непосредственном контакте горючих газов с по-
верхностью металла образуется более толстый слой окалины, чем
при непрямом нагреве. Еще меньше окалины образуется при
нагреве в электрических печах.
Окалину можно удалять различными способами. Наиболее
широко распространена обработка водными растворами минераль-
8 В. В. Варгин 113
ных кислот. Стальные изделия, с поверхности которых удалены
жировые пленки и другие загрязнения, а также органические
вещества (мыла, эмульсии), образовавшиеся в процессе обезжири-
вания, погружают на соответствующее время в раствор минераль-
ной кислоты или обрызгивают этим раствором. Для этой цели
применяют серную или соляную кислоту. Фосфорную кислоту
применяют реже.
К основным характеристикам, которые необходимо знать
для установления составов травильных ванн и режимов травле-
ния стальной посуды перед эмалированием, относятся следующие.
1. Травление стали в растворах соляной кислоты происходит
преимущественно путем растворения окисной пленки. В раство-
рах серной кислоты растворимость окислов железа мала. Про-
никая сквозь поры и трещины в окалине к слою вюстита, серная
кислота растворяет как его, так и контактирующее с ним метал-
лическое железо. Выделяющийся при этой реакции газообраз-
ный водород механически отщепляет наружный слой окалины,
удаляя вместе с ним и другие загрязнения случайного харак-
тера.
2. Скорость травления увеличивается с повышением концен-
трации растворов кислот, достигая максимума при 20% НС1 и
25% H2SO4. Дальнейшее повышение концентрации приводит
к замедлению травления. При равных концентрациях (свыше
10%) скорость травления в растворах соляной кислоты значи-
тельно выше и в дальнейшем растет быстрее, чем в растворах
серной кислоты.
3. Скорость травления увеличивается с повышением темпе-
ратуры; при травлении в растворах серной кислоты влияние
температуры сильнее, чем при травлении в растворах соляной
кислоты. Предел повышения температуры травильного раствора
для серной кислоты 90—100° С (кипение), для соляной кислоты
30—40° С (выделение хлористого водорода).
4. Продолжительность травления зависит от конфигурации
изделий, способа их укладки в травильные корзины и составляет
в среднем 10—30 мин.
5. С увеличением содержания в травильном растворе двух-
валентного сернокислого железа скорость травления понижается.
Накопление в травильном растворе хлористого железа, наоборот,
несколько повышает скорость травления. Чем выше содержание
солей железа в травильном растворе, тем труднее осуществить их
удаление с поверхности протравленных изделий. Поэтому после
накопления определенного количества солей железа травильный
раствор заменяют свежим.
К преимуществам применения соляной кислоты относятся
более гладкая и чистая поверхность стальных изделий после
травления, меньшая степень наводороживания стали, высокая
растворимость солей железа, меньшее количество образующегося
травильного шлама.
114
Травление обычно осуществляют в растворах, содержащих
50—ЮО г!л хлористого водорода при температуре 20—40° С.
Содержание солей железа в растворе допустимо в пределах до
240—290 г! л 1119, 124].
Травление стальных изделий в растворах серной кислоты
(контактной) производят при концентрации 80—120 г/л H2SO4
и температуре 50—80° С. Максимально допустимое содержание
железного купороса в растворе обычно составляет 100—250 г!л.
При длительном травлении в растворах серной кислоты на по-
верхности протравленных стальных изделий иногда обнаружи-
вают обильный налет травильного шлама, трудно удаляемый
промывкой, м».
Травление в серной кислоте предпочитают ввиду ее сравни-
тельно низкой стоимости, сочетания химического и механиче-
ского воздействия на окалину, возможности ускорений процесса
повышением температуры раствора до 90° С.
Практически процесс травления осуществляют при низких
концентрациях (4—16%) и высокой температуре (60—85° С) или
при высокой концентрации (15—20%) и постепенном повышении
температуры от 40 до 70° С.
Сопоставляя преимущества и недостатки травления в серной
и соляной кислотах, можно придти к выводу, что для получения
эмалевого покрытия достаточно высокого качества изделия сле-
дует травить в растворах соляной кислоты.
В последние годы заметна общая тенденция применять для
травления растворы соляной кислоты [130, 131]. Хотя стоимость
травления в этом случае должна как будто бы возрасти, однако
осуществление разработанного процесса полной регенерации со-
лянокислотных травильных растворов [132—135] и применение
после соответствующей очистки «абгазной» соляной кислоты позво-
ляет сделать процесс травления в солянокислотных растворах
более экономичным, чем трайление в растворах серной кислоты
[136].
Эмалировочные предприятия ВНР, ГДР и ЧССР, а также
некоторые отечественные производят травление стальных изделий
перед эмалированием в 10—15-процентных растворах соляной
кислоты.
Определенные преимущества и недостатки каждой из рассмо-
тренных кислот вызвали предложения применять в качестве
травильного раствора смеси соляной и серной кислот [117] или
добавлять к раствору серной кислоты поваренную соль в коли-
честве до 150 г/л [137], а также другие галогениды натрия, хло-
ристый аммоний, азотнокислый натрий или калий, марганцово-
кислый калий, двухромовокислый калий, молибденовокислый
аммоний [138, 139] и др. Эти добавки интенсифицируют процесс
травления в растворах серной кислоты, способствуя образованию
более шероховатой поверхности стали, увеличению прочности
сцепления эмали с металлом и улучшению качества покрытия,
8* 115
в особенности при безгрунтовом эмалировании. Так, добавление
поваренной соли (100 г/л) к раствору серной кислоты уменьшает
возможность возникновения в эмалевом покрытии дефекта «рыбья
чешуя» [140].
С этой же целью предлагается применять озонирование тра-
вильных растворов [141, 142].
Травление в растворах серной кислоты с добавлением пова-
ренной соли применяют на некоторых отечественных заводах
при изготовлении жести и эмалированных деталей холодильников.
Чтобы предотвратить растворение металлического железа и
уменьшить поглощение водорода сталью, в травильные растворы
добавляют ингибиторы. В СССР разработано больщюе количество
ингибиторов травления [143—145]. Наиболее эффективными ока-
зались Катапин-А, И-l-A (для травления при низкой температуре)
и 14-1-В (для более высокой температуры). Однако вследствие
малых масштабов производства этих ингибиторов на многих
отечественных заводах применяют менее эффективный ингибитор
«ЧМ».
Установлено [140], что добавление к травильному раствору
ингибитора «ЧМ» приводит к уменьшению появления дефекта
«рыбья чешуя». Вместе с тем, ингибиторы, вводимые в травильные
растворы, являются источником загрязнения поверхности про-
травливаемых изделий.
Для предотвращения осаждения меди на поверхности изделий
во время травления рекомендуют применять тиомочевину и
диэтилтиомочевину, которые являются вместе с тем высокоэффек-
тивными ингибиторами.
Иногда ингибиторы применяют в сочетании с активаторами
травления, которые снижают поверхностное натяжение травиль-
ных растворов и облегчают их воздействие на окалину. В каче-
стве активаторов применяют продукты конденсации окиси эти-
лена, сульфированные производные нефтепродукты и др. [117].
Для получения высококачественного эмалевого покрытия
с поверхности стальных изделий при травлении необходимо уда-
лить не только окалину, но и некоторое количество металла
(поверхностный слой, обогащенный примесными элементами,
препятствующими хорошему сцеплению эмали с металлом).
Приводятся [146—149] самые разнообразные величины (от 13
до 500 г/м2) количества железа, которое необходимо удалить
с поверхности для успешного эмалирования. Наиболее обоснован-
ными представляются пределы от 16 до 35 г/м2.
Было предложено много способов предупреждения загрязнения
поверхности стали после травления путем изменения состава
травильных ванн, называемых способами светлого травления.
Хорошие результаты были получены при использовании азотной
и хромовой кислот, как в качестве самостоятельных травильных
ванн, так и дополнительно к существующему способу травления.
Однако из-за выделяющихся при воздействии азотной кислоты на
116
сталь ядовитых нитрозных паров этот способ не получил распро-
странения.
Наибольшее внимание уделяют травлению в фосфорной кислоте,
которую считают наилучшим из известных в настоящее время
средств светлого травления. Опубликованы данные о благоприят-
ном действии образующейся в результате травления в растворах
фосфорной кислоты защитной фосфатной пленки во время обжига
титановых эмалей [150, 151].
Электролитическое катодное травление дает хорошие резуль-
таты: процесс протекает в несколько раз быстрее, чем обычное
травление, получается светлая поверхность металла, лишенная
травильного шлама и солей железа [152]. Однако значительное
время затрачивается на навешивание изделий на подвески в элек-
тролитической ванне, осуществляемое при отключенном напря-
жении. Вследствие этого, а также из-за высокой стоимости обо-
рудования, необходимости усиленной вентиляции и других затруд-
нений, для подготовки посуды к эмалированию этот способ трав-
ления до сих пор не используется.
Метод струйного травления, основанный на совместном хими-
ческом и механическом действии струи травильного раствора,
получил значительное распространение на эмалировочных пред-
приятиях [80]. Применяют растворы серной и соляной кислот.
Струю раствора направляют на очищаемое изделие под углом
45—-90° С. Скорость истечения струи травильного раствора для
серной кислоты 15—30 м/сек, для соляной кислоты 20—26 м/сек.
При более низких скоростях эффективность травления падает.
При травлении в 20-процентной серной кислоте и скорости исте-
чения струи 18,5 м/сек продолжительность травления оказывается
в полтора раза ниже, чем в стационарной ванне, а поглощение
металлом водорода при 40° С в два раза и при 60° С — в пять раз
ниже, чем при тех же условиях травления в стационарной ванне.
В последнее время для струйного травления начали приме-
нять 20—30-процентные растворы фосфорной кислоты, поступа-
ющие к изделиям под давлением 1,2—1,5 ати. При этом на по-
верхности изделий образуется фосфатная пленка толщиной,
соответствующей содержанию 0,1—0,2 мГ/дм2 РО4.
Процессы струйного обезжиривания и травления объединяют
в одном аппарате. Примером аппарата такого типа является уста-
новка фирмы «Силезия» (ПНР), успешно действующая на одном
из отечественных заводов. Размеры установки: длина 35,5 м,
ширина 6,5 м, высота 3,5 м. Через установку с помощью канат-
ного конвейера пропускают изделия мимо форсунок (сопел),
распиливающих растворы под давлением 1,8 ати. В промежутках
между отдельными зонами распиливания установлены ванны,
в которые растворы стекают с поверхности изделий. Скорость
транспортера варьируют в пределах 0,4—2,4 м/мин.
С помощью этой установки обеспечивают хорошую подго-
товку поверхностей цилиндрических (типа кастрюль) и плоских
117
изделий (миски, тарелки). Изделия сложной конфигурации и,
в частности, сшивные этим методом успешно обрабатывать не
удается. Продолжительность струйного метода подготовки по-
верхности на 50—90% ниже, чем в стационарных ваннах. Ана-
логичные установки разработаны и изготовляются в СССР [38,
153]. В табл. 14 приведены данные о температуре и продолжи-
тельности отдельных операций струйного метода.
Для дальнейшего совершенствования этого метода можно
применять неионогенные моющие вещества типа ОП-7, ОП-Ю
и ОС-20 в качестве добавок к травильным растворам.
В результате добавления неионогенных моющих (поверх-
ностно-активных) веществ совместно с устойчивыми в сильно
кислых средах при повышенной температуре (40—70° С) эмуль-
гаторами травильный раствор одновременно становится и обез-
жиривающим [154—156]. В этом случае в одном агрегате совме-
щают обезжиривание и травление изделий.
Неоднократно предлагалось заменить кислотное травление
восстановлением окалины до металлического состояния при
помощи расплавленного гидрида натрия [117], растворов хло-
ристого олова или хлористого титана [157], а также растворе-
нием ее в силикатных расплавах [158]. Однако в практике под-
готовки стальных изделий к эмалированию эти способы еще не
нашли применения.
Промывка и нейтрализация. В цикл подготовки поверхности
после каждой химической Ъперации (обезжиривания, травления)
входит промывка изделий.
Рекомендуют промывку изделий после обезжиривания про-
изводить сначала в умягченной очищенной проточной воде,
нагретой почти до кипения, а затем — в холодной проточной
воде. Для усиления промывки воду перемешивают при помощи
подводимого на дно ванны воздуха или осуществляют промывку
струйным методом. Еще более тщательно необходимо производить
промывку изделий после травления. Известно, что недостаточно
полное удаление с поверхности стальных изделий солей железа,
травильного шлама или остатков органических веществ приводит
к возникновению дефектов покрытия.
Вода, применяемая для промывки изделий, так же как и для
других операций в производстве эмалированных изделий (для
приготовления растворов, шликера и т. д.), сама может быть ис-
точником загрязнений поверхности, особенно при повышенной
жесткости и наличии в ней коллоидов, способных адсорбироваться
на поверхности металлов [3, стр. 155].
Повышенная щелочностй воды вследствие ее умягчения при-
водит к превращению соли железа в гидроокиси, трудно удали-
мые с поверхности изделий.
Для очистки и умягчения воды, применяемой на эмалировоч-
ных предприятиях, специально сооружают водоочистительные
и водоумягчительные установки.
118
Таблица 14
Продолжительность операций подготовки поверхности
изделий к эмалированию струйным методом
Наименование операции Состав раствора Концентра- ция в г/л Температура раствора или воды в °C Продолжи- тельность в мин
Обезжиривание NaOH Na2CO3 Na2SiO3 или Na2CO3 Na3PO4 Na2SiO3 15 15 3 20—25 5 5—10 70—90 4—6
Промывка 1-я » 2-я Проточная вода — 50—60 20—25 0,5
Травление HC1 или H2SO4 100—200 100—150 20—30 70—80 5—7
Промывка 3-я » 4-я Проточная вода 30—50 15—25 0,5—3
Пассивирование Na3PO4 или Na2CO3 Na3PO4 NaNOa 30 3—4 1,5 3—5 70—90 2—4
Нанесение слоя ни- келя NiSO4 5—30 80 5—6
Стекание растворов 1—2
Сушка 50—70 100—200 15—20 5—7
Всего 23—48
119
Извлеченные из травильной ванны изделия должны поступать
в промывку возможно быстрее, чтобы предотвратить превращение
находящихся на поверхности солей двухвалентного железа под
воздействием кислорода воздуха в нерастворимые основные соеди-
нения трехвалентного железа. Так как соли железа лучше рас-
творяются в горячей воде, чем в холодной, иногда и после трав-
ления применяют двухстадийную промывку в горячей, а затем
в холодной воде [159].
На отечественных эмалировочных предприятиях изделия после
травления промывают в двух ваннах проточной водой [124].
Воду в первой ванне иногда слегка подкисляют соляной кислотой
до pH 2—3,5. Таким образом успевшие образоваться нераство-
римые соли трехвалентного железа вновь переводят в растворимое
в воде состояние и удаляют с поверхности изделий.
Если на поверхности изделия образуется большое количество
травильного шлама, то его не удается полностью удалить без
применения механических средств, так же как и все соли железа.
Для удаления травильного шлама после травления в кислотах
иногда применяют анодную щелочную обработку изделий с по-
следующим кратковременным погружением в разведенную хо-
лодную кислоту, а для удаления остатков ингибиторов — обыч-
ную щелочную очистку.
Свежепротравленную стальную поверхность после промывки
в воде необходимо защитить от окисления (образования ржавчины)
при сушке, дальнейшем хранении и транспортировке изделий.
С этой целью осуществляют пассивирование поверхности стали,
совмещаемое с нейтрализацией последних остатков кислоты и
кислых солей, сохранившихся в порах и углублениях стальной
поверхности. Этот процесс обычно называют нейтрализацией.
Изделия помещают на 1—10 мин в раствор, состоящий из каль-
цинированной соды (3—10 Пл) и три натрийфосфата (1—5 Пл),
нагретый до 40—80° С [124]. Иногда вместо тринатрийфосфата
применяют нитрит натрия. Интересно отметить, что прибавление
к раствору кальцинированной соды тринатрийфосфата и нитрита
натрия в равных количествах вызывает примерно одинаковое
повышение прочности сцепления эмали со сталью (на 13—14%).
Вместо кальцинированной соды или дополнительно к ней иногда
применяют растворы буры, а для лучшей очистки поверхности
от солей железа и травильного шлама к раствору кальцинирован-
ной соды прибавляют 7—15 Пл цианистого натрия. Применяют
также промежуточную ванну между промывочной и нейтрализа-
ционной, содержащую 0,13—0,25% цианистого натрия и 0,3—
0,5% едкого натра. Цианистый натрий реагирует с железным ку-
поросом, оставшимся в щелях и порах стальной поверхности,
с образованием растворимого ферроцианида натрия.
Указанные выше концентрации компонентов нейтрализацион-
ного раствора являются оптимальными. При пониженных кон-
центрациях ванна очень быстро срабатывается, а при повышен-
но
iibix — на поверхностях изделий после их сушки остается слой
кальцинированной соды, которая при нанесении эмалевого шли-
кера изменяет его свойства.
Нейтрализационная ванна должна работать при возможно
более высоких, близких к кипению раствора, температурах.
Тогда следующая непосредственно за нейтрализацией сушка про-
изойдет очень быстро, а опасность ржавления изделий будет
практически устранена.
После нейтрализации изделия направляют в сушило, в котором
с их поверхностей удаляется влага. При этом на подготовленной
к эмалированию (обезжиренной и протравленной) поверхности
остается тонкая пленка щелочных, солей, препятствующая ржав-
лению изделий до момента нанесения на 'их поверхность слоя
эмалевого шликера. Безупречную сушку можно осуществить
в конвейерных проходных сушильных печах и сушильных шка-
фах с периодической загрузкой и разгрузкой.
В сушильных шкафах с периодической загрузкой и разгруз-
кой, в которых основным средством нагрева служит нагнетаемый
внутрь горячий воздух, не удается поднять температуру выше
80—100° С, в то время как в проходных конвейерных сушильных
печах поддерживают температуру в пределах 120—220° С [124].
Количество горячего воздуха, нагнетаемого как в сушильные
шкафы, так и в проходные печи, должно быть достаточным для
быстрого удаления испаряющейся влаги.
В последнее время на отдельных предприятиях начали при-
менять сушку инфракрасным излучением, что значительно умень-
шает продолжительность сушки.
Операцией сушки заканчивают цикл подготовки поверхности
изделий к эмалированию. Высушенные изделия поступают на
участок приварки арматуры, где устраняют также механические
повреждения, возникшие на предшествующих операциях. После
приварки арматуры изделия направляют в эмалировочное отде-
ление для нанесения на них шликера.
Обработка в растворах солей никеля. В течение последних
лет большое распространение получило нанесение на поверхность
металла тонкой пористой пленки металлического никеля, осуще-
ствляемое между операциями промывки после травления и ней-
трализации. Изделия погружают примерно на 5 мин в раствор
сернокислого никеля с тем, чтобы на их поверхности образовался
слой металлического никеля весом 0,8—2 г!мг [146, 159—161].
Концентрацию сернокислого никеля в растворе поддерживают
в пределах 5—30 г/л, температуру 70—80° С и pH раствора 3,0—
5,0 [90, 162—164]. Однако оптимальные параметры процесса
необходимо подбирать экспериментально для каждого вида и даже
для каждой партии стали.
Установлено, что такая обработка поверхности стальных из-
делий перед эмалированием приводит к значительному увели-
чению прочности сцепления между металлом и эмалевым покры-
121
тием, уменьшению газовыделения из металла, препятствует воз-
никновению ряда дефектов эмалевого покрытия («рыбьей чешуи»,
пузырей, прогаров, «медной головы» и др.). Максимум прочности
сцепления достигается при определенной толщине слоя никеля
(0,1—0,2 мкм) на поверхности стали [90]. Как установлено, при
наличии на поверхности стали пленки металлического никеля
скорость окисления поверхности стали понижается [163, 1641.
На основе свойств, приобретаемых поверхностью стали после
нанесения пленки металлического никеля, разработаны способы
безгрунтового эмалирования титанистой и обычной малоуглеро-
дистой стали.
Безгрунтовое эмалирование применяют главным образом
для эмалирования архитектурных деталей, вывесок, таблиц,
деталей бытовой газовой аппаратуры и холодильников(см.стр.221).
В технологии эмалирования посуды никелевую обработку
начали использовать особенно широко для увеличения прочности
сцепления малоборных, а также легкоплавких грунтов. Посуд-
ные изделия на одном из зарубежных заводов подвергают обез-
жиривающему отжигу в течение 2—3 мин при температуре 640° С,
травлению в растворе фосфорной кислоты (5—7 мин при 50—
55° С), двойной промывке в проточной воде, после чего осаждают
на поверхность изделий пленку металлического никеля, тщательно
их промывают и сушат.
Осаждение пленки металлического никеля на поверхность
посудных изделий осуществляют на некоторых заводах погруже-
нием изделий на 5 мин в нагретый до 80—90° С раствор, содержа-
щий 30 г/л соли никеля, 2 г/л борной кислоты и 2 г/л углекислого
аммония. pH раствора поддерживают в пределах 5,2—6,8.
Оборудование для подготовки поверхности изделий. Помеще-
ние, в котором располагают оборудование для очистки и под-
готовки поверхности изделий к эмалированию, должно быть чи-
стым, светлым, просторным и высоким. Оно должно быть осна-
щено мощной вентиляционной системой для удаления всех паров
воды, щелочей и кислот, выделяющихся в атмосферу помещения.
Ванны должны быть снабжены бортовым отсосом. Независимо
от мощности вентиляции, помещение для подготовки поверхности
изделий к эмалированию должно быть изолировано от помещений,
где изготовляют изделия, осуществляют приготовление эмалей
и шликеров, нанесение, сушку и обжиг эмалевых покрытий.
Все устройства и установки, находящиеся в помещении для
подготовки поверхности, должны обладать способностью выдер-
живать повышенное коррозионное воздействие тех агрессивных
сред, которые могут возникать в процессе эксплуатации обору-
дования.
Пол помещения должен быть покатым от одной стены к другой,
непроницаемым для кислот, щелочей и других жидкостей; дол-
жен быть сток и приямок на случай необходимости выпуска аг-
рессивного раствора на пол.
122
Оборудование должно быть размещено в порядке последова-
тельности проведения технологических операций, чтобы изделия
перемещались все время только в одном направлении.
Резервуары для органических растворителей, для щелочного
обезжиривания, холодной и горячей промывки, нейтрализа-
ции могут быть изготовлены из обычной конструкционной стали.
Только резервуары для травильных растворов, для раствора соли
никеля и следующие непосредственно за ними промывочные ванны
необходимо изготовлять из кислотоупорных материалов [165].
Нагрев растворов, находящихся в стационарных ваннах,
осуществляется электронагревателями, газовыми горелками, ост-
рым и глухим паром. Так как нагрев острым паром приводит
к разбавлению раствора, предпочитают устанавливать в ванне
змеевики из кислотостойких и щелочестойких металлов, подвод-
ные газовые горелки или электрические нагреватели.
Для погружения изделий в ванны с раствором применяют
специальные решетчатые корзины, изготовляемые из кислото-
упорной стали. Корзины, заполненные изделиями (так, чтобы
растворы омывали поверхность каждого изделия), погружают
в соответствующие ванны с помощью подъемно-транспортных
устройств (мостовых или иных кранов, тельферов и т. п.) или
устройств для непрерывного поднимания и опускания (качания)
корзин, которыми снабжены травильные установки большой про-
изводительности (травильные машины).
На современных предприятиях имеются конвейеры и транс-
портеры для перемещения изделий по технологическому потоку.
Конвейеры подвесного типа более удобны, чем напольные транс-
портеры. Конвейеры снабжены устройствами для погружения
корзин с изделиями в ванны. Перемещение и погружение осуществ-
ляются автоматически по заданному режиму [166—168].
При струйном способе очистки могут применяться установки
горизонтального и вертикального типов. Для транспортирования
изделий через струйную установку предпочитают устанавливать
подвесной конвейер (монорельс), так как с его помощью легче
одновременно опрыскивать стороны изделий сверху донизу [147].
Грунты и эмали
Грунты. Основное назначение грунта — создание прочного
сцепления между металлом и стекловидным эмалевым покрытием.
Являясь промежуточной прослойкой, грунт изолирует эмаль от
восстанавливающего действия металла на некоторые компоненты
эмали. Заглушенные эмали, содержащие кристаллическую фазу,
обычно более хрупки, чем грунт; прослойка более эластичного
грунта между металлом и эмалью увеличивает общую упругость
покрытия.
Грунт должен обладать следующими основными свойствами:
достаточно хорошей смачиваемостью грунтовым расплавом
123
окисленной поверхности металла во время обжига; растекаемо-
стью, обеспечивающей сплошность грунтового покрытия; широким
интервалом обжига, позволяющим использовать грунт в сочетании
с разными эмалями [1, стр. 114].
Эти свойства зависят от поверхностного натяжения и вязкости
расплава грунта и определяются его составом. На свойства рас-
плава также оказывает влияние растворение в нем окислов железа
в процессе обжига на стали.
В качестве грунтов по стали используют сложные силикатные
стекла, основным компонентом которых является кремнезем
50—55%. Для достижения легкоплавкости в состав грунтов вводят
значительные количества щелочных окислов (15—20%), при этом
повышается коэффициент термического расширения грунтов. Из
щелочных окислов применяют главным образом окись натрия;
в последнее время для изготовления легкоплавких грунтов стали
применять окись лития, незначительные добавки которой (0,5—
1,0%) резко понижают вязкость расплава.
Хорошая смачиваемость . поверхности мёталла и растекае-
мость расплава обеспечиваются введением в состав грунтов зна-
чительных количеств борного ангидрида, который уменьшает
вязкость и в особенности поверхностное натяжение расплава,
одновременно снижая коэффициент термического расширения
грунта. Поэтому борный ангидрид является важнейшим компо-
нентом грунта. В зависимости от содержания В2О3 грунты раз-
деляются на многоборные (15—25% В2О3), безборные и малобор-
ные (3—8% В2О3). Последние обычно получают, смешивая
фритты многоборных и безборных грунтов при помоле.
Для снижения вязкости грунтов в их состав, кроме борного
ангидрида, вводят фториды. Исследования показали, что плавкость
безборных эмалей увеличивается, а вязкость понижается при
введении до 6 вес. ч. фтора на 100 вес. ч. основного состава.
Дальнейшее увеличение содержания фтора вызывает кристалли-
зацию, отрицательно влияющую на свойства расплава (увеличи-
вается вязкость) и качество грунтового покрытия. Понижение
вязкости при небольших добавках фтора объясняется тем, что
ионы фтора замещают кислород, вызывая разрыв структурных
связей между тетраэдрами SiO4 и разрыхление структуры стекла.
При больших добавках происходит окружение щелочных ионов
ионами фтора и выделение кристаллов фторидов щелочных ме-
таллов.
Некоторое снижение вязкости достигается также при добавле-
нии двуокиси титана (до 8%); дальнейшие добавки TiO2 часто
приводят к выделению кристаллической фазы.
С .целью снижения поверхностного натяжения расплава, осо-
бенно при использовании безборных грунтов, в состав шихты
или шликера вводят добавки поверхностно-активных веществ,
которые мало растворимы в силикатных расплавах и адсорби-
руются на их поверхности. К ним относятся WO3, МоО3, СгаО3,
124
V2O5 и SO3. Пятиокись ванадия обладает отрицательным пар-
циальным значением поверхностной активности в стекле, и добавки
ее (0,5—2%) резко понижают вязкость и увеличивают смачиваю-
щую способность безборных грунтов.
" Благоприятное влияние на понижение поверхностного натя-
жения грунтовых эмалей и улучшение качества грунтового по-
крытия оказывает введение в шихту грунта титанистого шлака,
образующегося при внедоменной обработке ванадиевого чугуна
кальцинированной содой. Характерная особенность этого шлака —
присутствие в нем стекловидной фазы (20—40%) и наличие окис-
лов и сульфидов ванадия, титана, натрия, кремния, железа,
марганца, алюминия и др. [169].
Характерными компонентами грунтов по стали являются до-
бавки, вводимые для усиления сцепления грунта с металлом,
которые часто называют «окислами сцепления». В качестве окис-
лов сцепления наиболее часто применяют окислы кобальта и
никеля. По действию на сцепление грунта с металлом более актив-
ной является закись кобальта. Обычно грунты для стальных из-
делий содержат 0,3—1% закиси кобальта. Действие закиси ни-
келя в 3—4 раза слабее [1, стр. 115], поэтому в состав грунтов
вводят NiO в количестве до 2%. Для большей части стальных из-
делий при толщине металла до 1 мм применяют грунты, содержа-
щие около 0,5% СоО. Для толстостенных изделий, обычно более
ответственных и дорогих, количество закиси кобальта в грунте
увеличивают до 1 и даже до 2%. С увеличением содержания сцеп-
ляющих окислов прочность сцепления возрастает, однако вве-
дение их в больших количествах сильно удорожает эмалирован-
ные изделия.
Для усиления сцепления грунтов с металлом в состав шихты
часто вводят 0,5—2% окислов марганца, а также нитраты и
нитриты щелочных металлов. Эти вещества способствуют окис-
лению поверхности стали под слоем грунта во время обжига
покрытия, значительно улучшая прочность сцепления [3, стр. 358].
Предложено использовать в качестве активатора сцепления же-
лезный кек [170], основными составляющими которого являются
окислы железа, меди, кобальта, никеля, натрия и кремния. Рез-
кое повышение прочности грунтового покрытия при этом дости-
гается за счет окиси железа, повышающей термодинамическую
активность окислов кобальта и никеля и благоприятно влияю-
щей на формирование грунтового покрытия [171]. Соединения
серы и окись хрома, содержащиеся в железном кеке, понижают
поверхностное натяжение и улучшают смачивающую способность
грунта. Введение железного кека в шихту грунта позволяет
полностью исключить из ее состава добавку окислов кобальта
и никеля без снижения прочности сцепления грунтового покрытия
с металлом.
Окислы кобальта, никеля, марганца интенсивно окрашивают
грунтовое покрытие в темные цвета. Делались попытки исполь-
125
зовать так называемые «белые грунты», которые одновременно
служили бы и покровными эмалями. Для их получения применяли
окислы сцепления, не окрашивающие эмали: СеО2, ZrO2, Sb2O3,
МоО3, а также сульфиды мышьяка и сурьмы: As2S3, Sb2S3. Не-
смотря на многочисленные исследования, в производственных
условиях не удалось получить вполне надежные белые грунты.
Разработаны способы безгрунтового покрытия стали белыми
титановыми эмалями, не содержащими окислов сцепления; од-
нако эти покрытия недостаточно надежны для кухонной посуды
и применяются для других, более простых по форме изделий
(стр. 221).
Грунты, применяемые в производстве эмалированной посуды
и других стальных эмалированных изделий, по химическому со-
ставу не столь разнообразны, как покровные эмали. В табл. 15
приведены составы нескольких многоборных и безборных грун-
тов. Большая часть их широко применяется на отечественных
эмалировочных заводах.
Легкоплавкие многоборные грунты 2015, 3132, 43 и др.
характеризуются пониженным поверхностным натяжением
(—250 дин!см при 1000° С), хорошо смачивают окисленную по-
верхность стали и хорошо растворяют находящиеся на ней окислы
железа. При растворении окалины вязкость расплава понижается,
что способствует растекаемости грунта по стали и удалению га-
зов при обжиге.
Безборные грунты, содержащие повышенное количество SiO2
(55—65%), 22—27% щелочных окислов и до 9% фтора, несмотря
на небольшую вязкость, не применяются самостоятельно для
производства посуды, а входят в состав малоборных грунтов в смеси
с многоборными. Высокое поверхностное натяжение (—280 дин!см
при 1000° С), а также резкое увеличение вязкости расплава при
растворении в нем окислов железа приводит к появлению прога-
ров и других дефектов во время обжига безборных грунтов
(стр. 190).
В производстве эмалированной посуды используют сочетания
малоборных грунтов с многоборными покровными эмалями или
(реже) многоборных грунтов с малоборными эмалями. В каждом
отдельном случае требуется отработка технологического процесса
с учетом специфических особенностей применяемого грунта и
эмали.
В качестве сырьевых материалов для изготовления грунтов
применяют полевой шпат и пегматит. Этими материалами в со*
став грунта вводятся глинозем, а также часть кремнезема и окис-
лов щелочных металлов. Остальную часть кремнезема/ вводят
в виде молотого кварцевого песка или кварцевой муки.
Борный ангидрид вводят кристаллической бурой, реже —
обезвоженной бурой или борной кислотой. В последние годы для
грунтов и эмалей на отечественных заводах используют природ-
ные и синтетические бораты — данбуритовый и датолитовый
126
Химический состав грунтов (в вес. %)
Таблица 15-
Компоненты Многоборные грунты Безборные грунты Борные грунты на природных боратах кальция
данбури- товый датоли- товый борато- кальцие- вый
2015 606 3132 41 42 43 , 27 35 26Д 3 5
SiO2 46,0 42,0 50,5 53,3 38,9 33,8 59,3 60,7 49,0 46,1 42,4
TiO2 — — — — — — — — — 4,1 1,0
B2O3 18,3 21,2 27,5 14,5 20,2 24,2 — — 8,9 6,3 14,4
A12O3 8,0 7,2 2,1' 7,8 6,8 5,1 2,3 2,5 3,3 6,0 7,0
BaO — — — — 2,9 4,1 — — — — —
CaO 5,6 5,4 4,5 4,6 8,0 9,0 13,2 9,9 10,0 14,1 12,6
K2O — — 1,2 — — — — — — — —
Na2O 20,0 22,7 12,5 15,9 21,1 21,8 22,5 23,9 24,5 21,6 21,6
CoO 0,6 — 0,5 0,7 0,2 0,2 0,3 — 0,2 0,4 0,4
NiO 0,6 1,5 0,6 0,7 1,5 1,8 — 2,1 3,1 0,6 0,6
Mn2O3 0,9 — 0,6 2,5 0,4 — — — 1,0 — —
Fe2O3 — __ — — — — 2,4 0,9 —' 0,8
Сумма + F (в вес. ч.) 100,0 2,6 100,0 2,0 100,0 2,4 100,0 6,8 100,0 3,2 100,0 5,0 100,0 9,0 100,0 6,6 100,0 6,9 100,0 4,0 100,0 4,0
Коэффициент термического расши- рения За-107 град~г (по Аппену) 330 317 231 281 354 360 387 382 362 352 354
концентраты, борат кальция и др. [4]. В табл. 15 приведены со-
ставы многокальциевых грунтов 26Д, 3 и 5.
Недостающее количество щелочных окислов вводят в виде
натриевой и калиевой селитры и кальцинированной соды. Для
введения фтора применяют плавиковый шпат, кремнефтористый
натрий и криолит. Окислы сцепления (СоО, N1O) вводят в виде
материалов различной степени окисления, окись марганца —
в виде марганцевой руды (пиролюзита).
Большое влияние на качество грунтового покрытия оказы-
вает температурный интервал обжига грунта. Увеличение ин-
тервала обжига грунта способствует более полной дегазации
покрытия и улучшает его качества.
Расширение температурного интервала обжига грунтов до-
стигается добавлением кварцевой муки при мокром помоле, сме-
шиванием двух или более грунтовых фритт разного химического
состава с различной температурой размягчения или обоими спо-
собами одновременно. Смешивают более тугоплавкую фритту
(твердый грунт) с легкоплавкой (мягкий грунт). В качестве до-
бавок вводят 5—30% от веса фритты молотого кварцевого песка
или кварца, а также 4—12% глины. Иногда взамен кварца при-
меняют молотый полевой шпат. На ряде заводов добавляют также
поверхностно-активные вещества: 1—1,5% Сг2О3, 2—4% хромо-
магнезита и др.'
Введение больших количеств тугоплавких добавок при мокром
помоле грунтов наряду с увеличением интервала обжига преду-
преждает появление рыбьей чешуи. Смеси разных добавок дей-
ствуют более эффективно, чем отдельно добавляемые материалы.
Для предотвращения ржавления стали в состав грунтового шли-
кера вводят до 0,2% нитрита натрия, а в качестве заправочных
средств 0,2—1,0% буры и 0,1—0,5% кальцинированной соды.
Большое влияние на качество грунтового покрытия оказывает
степень измельчения грунта. Обычно грунты размалывают зна-
чительно крупнее, чем эмали. Крупный помол замедляет оплав-
ление грунта, расширяет интервал обжига. При тонком помоле
оплавление начинается раньше, однако слишком тонко смолотый
грунт труднее наносить: в начале обжига он часто собирается
в капли, не растекаясь по поверхности изделия.
В табл. 16 приведены раскладки при помоле некоторых много-
борных и малоборных грунтов для посуды.
Обычная температура обжига посудных грунтов 860—940° С.
Эмали. Покровные эмали в отличие от грунтовых должны
удовлетворять ряду требований, определяемых назначением эма-
лированного изделия. Наряду с надежной устойчивостью против
действия воды, пищевых кислот и щелочных моющих средств,
эмалевое покрытие посудных изделий, подвергающихся нагрева-
нию, должно обладать хорошей термической устойчивостью.
Коэффициент расширения покровной эмали должен быть не-
сколько ниже, чем у эмалируемой стали (см. приложение 6).
128
Варгин
Варианты раскладки фритт и мельничных добавок при помоле грунтов (в вес. ч.)
Таблица 16
Многоборные грунты Малоборные грунты
Материалы 1 2 3 4 1 2 3
Фритты
2015 100 — — 70 40 60 20
41 — 30 — — — — —
42 — 35 — — — — —
43 — 35 — — — — —
3132 — — ' — 30 — — —
606 — — 70 — — — —
27 — — 30 60 40 35
35 — — — — — — 45
Кварцевый песок 15—20 5 6 30—40 10 15—25 5
Глина 4—7 7 7 9 6 4—7 5
Сода 0,5 — — — 0,5 0,5 —
Бура 0,6 — 0,4 1.0 0,6 0,6 0,4
Хромомагнезит — — ' 3,5 — 2,0 2,5 —
Вода 40—50 40—50 40—50 40—50 40—50 40—50 40—50
Температура обжига в °C 860—920 790—800 850—950 870—950 880—940 860—960 870—920
Эмали, предназначенные для покрытия наружной выпуклой
стороны посуды, должны иметь несколько больший коэффи-
циент термического расширения, чем эмали для покрытия вну-
тренней поверхности.
Температура размягчения покровной эмали должна быть на
30—40° ниже, чем у грунта, чтобы во время обжига покровной
эмали грунт размягчался, но не проплавлялся через эмаль.
Температурные интервалы размягчения эмалей,. наносимых
на внутреннюю и наружную поверхность изделий, должны быть
согласованы между собой, иначе на одном из покрытий возможен
недожог или пережог.
Посудные эмали, кроме перечисленных свойств, должны иметь
и декоративные качества — блеск и заглушенность (непрозрач-
ность) эмалевого покрытия. Для внутреннего покрытия посуды
обычно применяют белые, а для наружного — как белые, так и
цветные эмали.
В зависимости от рода глушителей, придающих непрозрач-
ность эмалевому покрытию, белые эмали разделяют на фтористые,
титановые, сурьмяные, циркониевые и др. Глушители добавляют
в эмаль при помоле или добиваются их кристаллизации из самой
эмали в процессе обжига. В качестве глушителей наиболее часто
употребляют соединения фтора, TiO2, SnO2, ZrO2,Sb2O5; значения
показателей преломления некоторых глушителей приведены
в приложении 7. Явление глушения обусловлено разностью пока-
зателей преломления стекла (эмали) и частиц глушителя [1, стр. 69;
3, стр. 284], а также размером этих частиц. Известно [1, стр. 73],
что оптимальный размер глушащих частиц — 0,2—0,25 мкм.
Иногда, главным образом как вспомогательное средство, ис-
пользуется газовое глушение, основанное на выделении газов
в слое эмали во время обжига. В качестве газовых глушителей
применяют животные и растительные масла, высокополимерные
углеводороды и их производные, деготь, смолы, асфальты, мине-
ральные масла, пемзу и другие вещества. Наиболее эффективно
газовое глушение в малоборных и безборных эмалях, в распла-
вах которых, отличающихся высокой вязкостью, газовые пузырьки
распределяются равномерно.
Для покрытия внутренней стороны пищевой посуды приме-
няют главным образом титановые и фтористые эмали, а для на-
ружной — фтористые цветные эмали и окрашенные титановые
эмали. Сурьмяные эмали вследствие ядовитости некоторых соеди-
нений сурьмы пригодны только для изделий, не предназначенных
для варки пищи, а также для покрытия наружной стороны по-
суды.
Титановые эмали нашли наиболее широкое применение в ка-
честве белых эмалей для посуды и других изделий домашнего
обихода, что объясняется весьма сильной заглушенностью их.
При толщине покрытия 0,07—0,10 мм коэффициент диффузного
отражения достигает 90%.
130 ~~
V
Вследствие малой толщины покрытия обладают хорошей терми-
ческой и механической прочностью. Титановые эмали неядо-
виты, обладают достаточной химической устойчивостью и силь-
ным блеском.
Титановые эмали наносят лишь одним слоем, что резко повы-
шает технико-экономические показатели работы предприятия
(уменьшается расход эмали, затраты труда, топлива и др.). Иногда
наносят титановые эмали двумя слоями так, чтобы общая толщина
покрытия не превышала 0,1 мм.
Фритты титановых эмалей получаются прозрачными. Глу-
шение наступает в процессе обжига эмали на изделиях и обуслов-
лено выделением мелких кристаллов анатаза (nd = 2,52) или ру-
тила (nd = 2,76). Несмотря на то что анатаз по сравнению с ру-
тилом имеет меньший показатель преломления, эмали, в которых
он является глушащей фазой, отличаются большей белизной. Это
в основном обусловлено тем, что рутил легко воспринимает в кри-
сталлическую решетку различные окрашивающие загрязнения,
в первую очередь окислы хрома, образуя с ними сильно окрашен-
ные соединения типа пигментов. Анатаз таких соединений не об-
разует.
Состав титановых эмалей • оказывает чрезвычайно большое
влияние на их глушение. Щелочные окислы повышают раствори-
мость ТЮ2 и препятствуют ее кристаллизации. В простых сили-
катах натрия двуокись титана начинает выделяться в качестве
первичной кристаллической фазы в том случае, когда содержа-
ние TiO2 превышает молярное содержание Na2O в расплаве.
Введение в состав эмали алюминия, бора, фосфора понижает рас-
творимость двуокиси титана, и она начинает выкристаллизовы-
ваться уже при меньшем содержании в расплаве. В правильно
составленных титановых эмалях растворимость TiO2 составляет
4—6%.
Заглушенность и цветной оттенок титановых эмалей зависят
также от размера глушащих частиц. Наиболее белые эмали полу-
чаются при величине кристалликов двуокиси титанаО, 15—0,25л«кл«.
При меньшей величине кристалликов эмаль приобретает синий
оттенок, а при большей — желтый.
Таким образом, для получения сильно заглушенных белых
эмалей состав, условия изготовления и обжиг эмали должны обес-
печить возможно полную кристаллизацию ТЮ2 из расплава,
кристаллизацию в виде анатаза, а не рутила, оптимальный раз-
мер выделяющихся кристаллов.
Понижения растворимости двуокиси титана достигают под-
бором соответствующего состава, для чего понижают содержание
в эмали щелочных окислов и увеличивают содержание В2О3
и А12О3. Это приводит к снижению коэффициента расширения
эмали — недостатку, которым обычно отличаются титановые
эмали. Увеличение коэффициента расширения эмали путем повы-
шения содержания щелочей не только приводит к понижению
9* 131
заглушенности, но также сильно понижает химическую устойчи-
вость покрытия и вызывает появление желтого оттенка.
Кристаллизации анатаза способствуют высокое содержание
TiO2 (15—20%) и низкая температура обжига эмали (легкоплав-
кие эмали). Первичный кристаллической фазой двуокиси титана,
выделяющейся при обжиге эмали, является анатаз, однако при
повышении температуры обжига он необратимо переходит в ру-
тил. Указывают различные температуры этого превращения;
наиболее вероятны температуры от 800 до 850° С. Низкая тем-
пература обжига титановых эмалей достигается главным образом
за счет большого содержания борного ангидрида (15—20%),
а не щелочных окислов. Введение в состав 1—2% MgO и 1—4%
Р2О8 задерживает переход анатаза в рутил, а также препятствует
росту кристалликов.
Оптимальный размер выделяющихся кристалликов дости-
гается при определенном количестве введенной в состав двуокиси
титана, а также при определенной температуре обжига эмали.
На практике часто наблюдается желтый оттенок эмалевого
покрытия, связанный с чрезмерным ростом частиц глушителя.
Желтый оттенок появляется при слишком высокой для данной
эмали температуре обжига, так как снижение вязкости вызывает
быстрый рост частиц.
Появление желтого оттенка у эмалевого покрытия чаще всего
обусловлено загрязнением эмали окислами хрома [1, стр. 130].
Если эмаль обжигается при низкой температуре и глушащей
фазой является только анатаз, то покрытие получается чисто
белым. При повышении температуры обжига анатаз переходит
в рутил, который с хромом образует сильно окрашенное в жел-
тый цвет соединение. Этим обусловлено и появление желтизны
около ранта, если рантовая эмаль содержит соединения хрома,
а также желтых пятен на местах соприкосновения титановой
эмали с хромсодержащим обжиговым инструментом.
Появление синего или грязно-серого оттенка эмалевого по-
крытия, сопровождающееся значительным понижением коэффи-
циента отражения, связано часто с наличием загрязнений эмали
соединениями Nb, Mo, W, V и др., которые попадают из сырья,
в частности с недостаточно чистой двуокисью титана. Небольшие
количества указанных соединений, а также Fe2O3 и др. способст-
вуют, кроме того, переходу анатаза в рутил.
Лучший способ получения чисто белых эмалей — это приме-
нение чистого сырья, в частности свободного от загрязнений хро-
мом «0,001%).
В табл. 17 приведены составы отечественных белых титановых
эмалей, применяемых для эмалирования посудных изделий на
ряде предприятий.
Из щелочных окислов титановые эмали, как правило, содер-
жат окись натрия. Часто вводят также окись калия, которая
в большей степени, чем окись натрия, понижает заглушенность
132
Таблица 17
Химический состав белых титановых эмалей (в вес. %)
Компоненты Обозначение эмалей
Т-1 Т-148 Т-174 У-33 Л-5
sio3 47,4 40,0 41,5 40,7 44,7
TiO2 19,0 17,0 17,0- 17,8 16,2
В3О3 19,0 16,0 19,5 16,3 14,4
AlgOg — 7,0 3,7 5,9 5,7
MgO — 1,5 0,7 1,5 1,0
к2о 4,1 — 3,2 | 15,2 3,3
Na2O 10,5 16,0 13,0 12,7
РА — 2,5 1,4 2,6 2,0
Сумма 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
+ F (в вес. ч.) 5,0 5,0 4,6 3,0 5,0
Коэффициент термического расширения За ! О7 град-1 (по Аппену) 246 261 259 258 246
титановых эмалей, но способствует получению чисто белых или
даже с синим оттенком эмалевых покрытий. Обычно рекомендуют х/з
всего количества щелочных окислов вводить в виде окиси калия.
Добавка окиси лития понижает температуру обжига, но
ускоряет переход анатаза в рутил и не должна поэтому превы-
шать 1,25 мол. %.
Количество фтора изменяется в широких пределах.
Белые титановые эмали имеют и некоторые недостатки. Вы-
сокая прочность покрытий получается лишь при нанесении тита-
новых эмалей слоем не более 0,12—0,15 мм. При более толстом
слое снижается термическая и механическая прочность покрытия,
особенно на закруглениях и местах приварки арматуры, что
в первую очередь связано с малым коэффициентом расширения
эмали.
Титановые эмали обычно плохо растекаются по поверхности;
после того как в процессе обжига наступает глушение покрытия,
растекание титановой эмали практически прекращается.
Химическая устойчивость покрытия для ряда изделий (чай-
ники, кофейники) оказывается недостаточной. С недостаточной
химической устойчивостью связана также сильная адсорбция
красителей: после кипячения чая и кофе покрытие окрашивается
и плохо очищается.
Фтористые эмали. Соединения фтора получили широкое рас-
пространение в качестве глушителей. Наряду с благоприятным
133
действием на глушение они понижают вязкость и температуру
размягчения эмалей. Содержание фтора (по синтезу) во фторис-
тых эмалях составляет обычно 6—12%. Как указывалось выше
(стр. 53), в процессе варки фтор заметно улетучивается, и фак-
тическое содержание его в эмали не соответствует содержанию
по синтезу. Фтор вводят в состав эмали в виде криолита, кремне-
фтористого натрия и плавикового шпата.
Глушащими частицами фтористых эмалей являются в ос-
новном кристаллы NaF. При наличии в составе фтористой эмали
соединений кальция, бария, стронция и магния могут образо-
ваться также кристаллические фториды этих элементов, однако
заглушенность эмали при этом ослабляется, так как показатели
преломления фторидов щелочноземельных металлов близки к по-
казателю преломления среды (эмали). Увеличение размера кри-
сталлических частиц выше оптимальных значений, как правило,
приводит к понижению заглушенности эмали. Для фторидов раз-
меры частиц обычно равны 0,4—1,5 мкм.
Различные эмали имеют определенные температурные мак-
симумы глушения. Многие компоненты оказывают влияние на
вязкость самой эмали, которая обусловливает размеры выделяю-
щихся кристаллов NaF. Влияние В2О3 и А12О3 на глушение также
зависит от состава эмали, причем глушение может увеличиваться
и уменьшаться с введением этих компонентов. Имеются сведения
о положительном влиянии на заглушенность эмали окиси каль-
ция, вводимой синтетическими и природными боратами [172].
Небольшие значения разности показателя преломления фто-
ридов и эмали не позволяют получать при нормальной толщине
(до 0,25 мм) хорошо заглушенные покрытия, поэтому часто при
помоле фтористых эмалей добавляют до 4% SnO2, до 8% циркона
и другие глушители.
Белизна фтористых эмалей при толщине слоя 0,3 мм дости-
гает 70%.
Наряду с понижением вязкости расплава (стр. 124) введение
небольших количеств фтора уменьшает и химическую устойчи-
вость эмалей в связи с ослаблением структуры стекла.
Увеличение содержания фтора свыше 6% приводит к выделению
из расцлава кристаллических частиц NaF при температуре по-
рядка 700° С. При выделении NaF из расплава и соответственном
уменьшении содержания Na2O в стекловидной фазе эмали тем-
пература размягчения и химическая устойчивость повышаются
[1, стр. 122].
Составы белых фтористых эмалей приведены в табл. 18. Часто
фтористые эмали применяют для получения покрытия «рябчик»,
которое наносят одним слоем. Для получения эмалей «рябчик»
совместно размалывают две фритты, например борную ЗЗА и без-
борную 112 в отношении 1:1. Перед окончанием помола в шли-
кер добавляют 1—2% крупноразмолотой темной эмали или
грунта.
134
Таблица 18
Химический состав белых эмалей (в вес %)
Фтористые эмали сурьмяные эмали Цирконие- вые эмали
Компоненты ЗЗА 112 2 1 2 1 2
SiO2 59,5 65,2 56,0 45,0 50,0 35,6 28,1
тю2 — — — 3,0 2,0 — —
ZrO2 — — — — — 15,0 7,9
B2Og 7,9 — 6,8 10,0 4,0 14,6 17,0
А12О3 11,8 6,2 7,0 4,0 5,0 9,5 15,8
ZnO — — — 4,0 3,0 — 5,9
CaO — 4,6 7,0 3,0 4,0 5,5 9,5
Na2O K2O } 20,9 | 24,0 22,7 21,0 22,0 14,2 3,2 15,8
— — — 10,0 16,0 — —
Р2О5 — — — — — 2,4 —
Fe2O3 — — 0,5 — — — —
Сумма 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
+ F (в вес. ч.) 8,6 9,6 9,1 7,0 6,0 13,4 10,5
Коэффициент терми- ческого расширения За • 107 град"1 (по Ап пе- ну) 321 375 328 357 378 352 362
Сурьмяные эмали. Глушение сурьмяных эмалей основано на
процессе кристаллизации из расплава эмали соединений пяти-
валентной сурьмы — антимонатов двухвалентных (Са, Ва, РЬ)
и одновалентных (Na) металлов. Кристаллизация антимонатов
происходит при высоких температурах еще во время варки эмали.
При наличии окислительной среды и соблюдения требуемых ус-
ловий (температуры и продолжительности) варки (стр. 54) почти
вся сурьма, введенная в состав эмали, переходит в пятивалентную
форму [24]. Белизна хорошо заглушенных сурьмяных эмалей
составляет 75—78% при толщине покрытия 0,3 мм. Если во время
варки не удалось перевести всю сурьму в пятивалентную форму и
часть ее осталась в эмали в трехвалентном состоянии, то за корот-
кое время обжига эмали окисление произойти не успевает и глу-
шение получается слабым.
Обычно в шихту вводят сурьму в виде трехокиси Sb2O3; од-
новременно вводят окислители — селитру натриевую или
135
калиевую — в количестве, обеспечивающем окисление всей вве-
денной сурьмы в пятивалентное состояние. Возможно также
добавление в состав эмали метаантимоната натрия NaSbO3 при
помоле [3, стр. 103].
Состав эмали влияет на ее заглушенность. Развитию интенсив-
ного и стабильного глушения способствует присутствие соеди-
нений кальция (3—4% СаО) и фтора (6—7 вес. ч. на 100 вес. ч.
фритты).
По данным других авторов [172], оптимальное количество СаО
зависит от состава эмали и колеблется в пределах 4—12%.
Стабильной глушащей фазой сурьмяных эмалей является
соединение сложного состава, содержащее Sb2O5, СаО и F. При
отсутствии кальция и фтора глушение исчезает во время варки
вследствие разложения соединений пятивалентной сурьмы с вы-
делением кислорода. В этом случае за время обжига эмали про-
цессы окисления трехвалентной сурьмы до пятивалентной не ус-
певают пройти и глушение не развивается.
Содержание в составе эмали борного ангидрида, щелочных
окислов и окиси алюминия мало влияет на интенсивность глу-
шения. Увеличению глушения способствует добавка ТЮ2 (2—4%).
При помоле сурьмяных эмалей для улучшения кроющей спо-
собности шликера добавляют повышенные количества глины (до
7%); заправляют шликер растворами поташа, алюмината натрия,
хлористого калия и др.
Составы белых сурьмяных эмалей приведены в табл. 18.
Цветные покровные эмали получают введением красителей
в состав шихты или пигментов при помоле эмали. Как в первом,
так и во втором случае в качестве основы для получения цветных
эмалей применяют прозрачные или заглушенные фритты — фто-
ристые, сурьмяные или титановые (табл. 19).
Для получения темно-синей эмали в шихту вводят 1,5—2,5%
Со2О3; черные эмали получают введением в шихту смеси несколь-
ких красителей (МпО2, Со2О3, Cr2O3, CuO и flp.)j Для темных
эмалей используют прозрачные фритты.
. Яркоокрашенные эмали получают на основе частично за-
глушенных фритт, особенно часто для этой цели используют
фтористые эмали; красители вводят в состав шихты.
Добавлением пигментов при помоле окрашивают фтористые,
сурьмяные и иногда титановые эмали. Составы некоторых пиг-
ментов, вводимых при помоле, приведены в приложении 9. Ко-
личество пигмента, добавляемого для получения той или иной
окраски, зависит от показателя преломления и растворимости
пигмента в эмалевом расплаве. Чем больше, разность показателей
преломления Пигмента и основы, чем меньше растворяется пиг-
мент в расплаве в процессе обжига эмали, тем меньшее количество
его необходимо для получения устойчивой окраски покрытия.
В зависимости от состава пигмента и основы добавки пигментов
при помоле составляют от 1 до 10%.
136
Таблица 19
Химический состав некоторых наружных и бортовых
эмалей (в вес. %)
Компоненты Наружные эмали Бортовые эмали
23 83 Чер- ная А 21
SiO2 51,1 50,0 46,8 45,7 44,0
ТЮ2 — — — 3,8 12,0
Щ03 15,5 15,0 14,6 10,1 11,0
А120з 6,8 6,0 5,8 10,2 8,0
ZnO — 8,0 2,9 — —
CaO 4,6 — 3,9 7,2 —
MgO — — — — 1,0
K2O | 22,0 5,0 3,0 2,7 —
Na2O 16,0 16,6 17,1 24,0
CoO — — 1,2 1,2 —
MnO2 — — 3,5 2,0 —
Cr2O3 — — 1,0 — —
Fe2O3 — • — 0,7 — —
Сумма 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
+ F (в вес. ч.) 7,2 4,0 1,4 2,5 9,0
Коэффициент термического расшире- 1 ния За-107 град"1 (по Аппену) 324 306 316 330 . 339
Для окрашивания эмалей с помощью некоторых пигментов
приходится применять основы специального состава. Так, для
получения покрытий ярких желтых, оранжевых и красных то-
нов с помощью селеново-кадмиевых пигментов (5—6%) исполь-
зуют многоборные эмали, часто содержащие ZnO или CdO (табл. 19,
эмали 83, 23).
Для получения коричнево-красных эмалей, окрашенных до-
бавлением при помоле Fe2O3 («редоксайда»), в состав шихты
вводят 8—12% измельченной железной окалины Fe3O4, чтобы
предотвратить растворение пигмента в расплаве эмали. В основу
этой эмали можно добавлять отхода белых и цветных эмалей
светлых тонов. С добавлением отходов белых эмалей готовят
и зеленые эмали для наружного покрытия, окрашенные добавле-
нием 1—2% Сг2О3.
Слабоокрашенные эмали нежных пастельных тонов полу-
чают введением красителей в шихту сильно заглушенных эма-
лей — сурьмяных или титановых.
137
Для окрашивания сурьмяных эмалей в голубой цвет добав-
ляют 1,5—3,0% СиО, в салатный — до 1,5% хромпика, в синий —
до 1 % СоО. Возможно и одновременное введение нескольких
красителей. Так, сочетание 0,5—0,8% хромпика с Q,3% СоО
окрашивает сурьмяные эмали в серый цвет, сочетание 1,0% СиО
и 0,8% хромпика — в бирюзовый цвет. Введением красителей
в шихту в различных количествах и сочетаниях можно получить
большое число разнообразных оттенков.
Нашли широкое применение светлоокрашенные эмали, .полу-
чаемые введением красителей в шихту заглушенных титановых
эмалей [173, 174]. Салатный и бледно-зеленый цвета различных
оттенков дает введение 1—4% NiO, цвета от кремового до зелено-
желтого— 0,0125—2% Сг2О3. Те же цвета получаются при до-
бавлении 0,025—2% К2Сг2О7; различные оттенки от розоватого
до бледно-кофейного цвета дает введение MnO2 (1—6%); серовато-
голубые тона дает введение 1—2% СоО; от серо-зеленого до би-
рюзового — введение СиО (0,75—4,5%). Возможно и одновремен-
ное введение нескольких красителей. Покрытия от цвета слоно-
вой кости до цвета беж получают, добавляя при помоле водный
раствор хромовых квасцов KCr (SO4)2 — от 100 до 700 г на 100 кг
фритты.
В качестве бортовых эмалей применяют специальные составы
эмалей. В результате больших тангенциальных напряжений,
возникающих на малых радиусах закруглений, бортовые эмали
с малым коэффициентом термического расширения подвержены
сколам. Кроме того, в процессе обжига эмалированных изделий
борт нагревается быстрее, чем другие части изделия. Поэтому
бортовая эмаль должна обладать более высоким по сравнению
с покровной эмалью коэффициентом термического расширения
и широким температурным интервалом обжига.
В состав бортовых эмалей очень часто вводят окислы сцеп-
ления, увеличивающие прочность сцепления эмали с металлом,
особенно в случае местных обнажений грунтового покрытия.
Темные бортовые эмали хорошо гармонируют с цветными наруж-
ными эмалями; при покрытии изделий светлоокрашенными эма-
лями применяют бортовые эмали более насыщенных тонов.
Составы бортовых эмалей в большинстве случаев не содержат
глушителей, которые понижают эластичность эмалей. Со-
ставы основ для ряда цветных бортовых эмалей приведены
в табл. 19.
Эмаль 21 применяется в качестве основы для бортовых
эмалей различных цветов (бирюзовый, салатный, зеленый и др.).
Окрашивание достигается добавлением при помоле соответст-
вующих пигментов в количестве 2—4%. Для получения черной
бортовой эмали в эмаль А добавляют при помоле 1—2% черного
пигемента. При введении в состав шихты большого количества
СоО (2,5—3%) на этой же основе получают темно-синюю борто-
вую эмаль.
138
Нанесение шликера
В производстве эмалированной посуды нанесение эмали на
изделия до сих пор является почти исключительно ручной опе-
рацией. Это вызвано сложностью движений при нанесении шли-
кера даже на сравнительно простые изделия, большим разно-
образием видов изделий, выпускаемых каждым предприятием.
Например, количество наименований изделий на эмалировочных
заводах составляет 80—90, и оно постоянно растет. Операция
нанесения эмали имеет важное значение для качества изготовле-
ния посуды. Количество изделий второго сорта из-за недоброка-
чественного выполнения операций нанесения эмали составляет
15—25% [124].
Форма большинства посудных изделий такова, что покрытие
их эмалью может быть выполнено только методом окунания или
облива. Способы окунания и облива имеют ряд преимуществ,
которые делают целесообразным их применение также для по-
крытия плоских изделий (способ струйного облива) [175]. К ним
относятся: отсутствие потерь эмали при нанесении, быстрота на-
несения, универсальность способа, возможность нанесения шли-
кера на изделия любой формы. При правильно подобранных ха-
рактеристиках шликера окунание и облив обеспечивают заданную
толщину и равномерность слоя покрытия. К недостаткам способов
относятся большая зависимость нанесения от свойств шликера и
сложность движения при нанесении эмали.
Основные закономерности процесса нанесения шликера методом
окунания (облива). Разравнивание шликера на изделии после
окунания или облива основано на разрушении структуры шли-
кера и сообщении ему подвижности путем различного вида дви-
жений.
Равномерный слой шликера заданной толщины можно полу-
чить лишь при соответствии между параметрами процесса нане-
сения и структурно-механическими свойствами шликера. Про-
цесс нанесения характеризуется числом, частотой, амплитудой
и траекторией непрерывных и периодических (возвратных) дви-
жений изделия (возвратно-вращательное, возвратно-поступатель-
ное, качание, вибрация и т. п.). Подбор этих параметров обычно
производится эмпирически.
Имеются попытки аналитического решения некоторых задач
течения шликера но наклонной плоскости, конусу, цилиндру
при вращении, вибрации, крутильных колебаниях и др. [176,
177] с привлечением скоростной киносъемки для получения дей-
ствительной картины.
Рассмотрим кратко некоторые основные закономерности про-
цесса нанесения шликера способом окунания и облива. Тече-
ние шликера возникает, если напряжения в сечении, параллель-
ном поверхности изделия, превысят предельное напряжение
сдвига 0С. Эти напряжения развиваются под действием силы
139
тяжести (на вертикальных и наклонных стенках изделий), центро-
бежной силы (возникающей при вращении изделия вокруг соб-
ственной оси или при планетарном его движении) и сил инерции
(возникающих при различных периодических движениях). Во
всех трех случаях напряжения растут с увеличением толщины
слоя шликера, причем максимальные напряжения сдвига разви-
ваются у основания, а на поверхности они равны нулю. В слое
шликера с разрушенной структурой течению его противодейст-
вует лишь сила структурной вязкости ц. Поэтому течение такого
шликера будет происходить и при напряжениях, значительно
меньших, чем предельное напряжение сдвига 0С. Это обстоятель-
ство очень важно учитывать при анализе процесса нанесения,
так как разрушение структуры шликера происходит уже в про-
цессе окунания изделия или его облива шликером, т. е. до на-
чала сбрасывания излишков и разравнивания слоя шликера на
изделии. Восстановление же структуры шликера, вызывающее
нарастание его вязкопластических параметров, происходит не
мгновенно, а во времени, измеряемом секундами и минутами, про-
шедшими после прекращения или ослабления действия внешних
сил. Поэтому важно, кроме предельного статического напряжения
сдвига 0С и структурной вязкости ц, характеризовать шликер
также скоростью нарастания его вязкопластических параметров
после прекращения или ослабления действия внешних сил
(склонность к тиксотропии). (Рабочие-окуналыцики хорошо
знают, как тяжело разровнять шликер на изделии, если после
окунания дать изделию некоторое время постоять.)
Если вертикальную поверхность окунуть в шликер (или
полить шликером), то после извлечения ее в первые же секунды
под действием силы тяжести основная масса излишка шликера
стечет. По мере уменьшения толщины Слоя процесс стекания
замедляется вследствие уменьшения напряжений в сечении и
структурирования шликера. Через некоторое время наступает
равновесие всех сил, и течение прекращается. Для получения
равномерного слоя необходимо по крайней мере обеспечение
равномерного силового поля, а также одинаковых вязкопластиче-
ских параметров по всей поверхности.
При свободном течении по вертикальной поверхности первое
условие обеспечивается равномерным полем силы тяжести. Вто-
рое условие выполняется лишь в течение такого промежутка вре-
мени, за который не произойдет заметного изменения технологи-
ческих характеристик шликера. Если расстояние по вертикали
велико или мала скорость стекания вследствие высокой вязкости,
то в нижней части вертикальной поверхности толщина фиксиро-
ванного слоя будет больше, чем в верхней, так как вязкопласти-
ческие параметры шликера по достижении им нижней части будут
выше. Для того чтобы в этом случае сохранить вязкопластические
параметры на одном уровне в течение всего времени стекания,
изделию достаточно сообщить вибрацию или периодическое встря-
140
хивание. Но и тогда не удается полностью избежать образования
натека шликера на нижней кромке изделия. Эти приемы нанесе-
ния методом окунания применимы лишь к изделиям простейшей
формы. В механизированном виде они реализованы в установках
струйного облива [175] и в станках для нанесения шликера на
поверхность труб (см. стр. 299). На изделиях более сложной формы
Рис. 29. Схема при-
емов разравнивания
шликера при нане-
сении на таз
невозможно создать равномерное силовое
поле по всей поверхности. Поэтому для
разравнивания шликера требуется после-
довательное придание изделию различных
движений, вызывающих возникновение
центробежных сил и сил инерции. Иссле-
дование процесса нанесения эмалевого
шликера на сложные поверхности прове-
дено в работе [178].
Даже у сравнительно простых посуд-
ных изделий (таз, миска) имеется несколь-
ко элементов поверхности (стенки, дно,
борт), каждый из которых требует специ-
фических движений для удаления излиш-
ков и разравнивания шликера.
Ручное нанесение шликера на посуду.
При нанесении шликера на тазы вручную
сразу после окунания сбрасывают изли-
шек и разравнивают шликер по дну
(рис. 29, а), а затем возвратно-вращатель-
ными движениями разравнивают шликер
Рис. 30. Схема приемов разравнива-
ния шликера при нанесении на миску
на стенках (рис. 29, б) и совместным «отмахивающим» и вращатель-
ным движением удаляют избыток шликера из-под борта (рис. 29, в).
Для более мелких изделий такой формы (миски 014—26 см)
большую производительность и равномерность покрытия дают
движения по траектории в виде восьмерки, разравнивающие шли-
кер на дне и стенках, и быстрое покачивание изделия для уда-
ления шликера из-под борта (рис. 30). Оба эти движения окуналь-
щик производит одновременно. При правильно подобранных ха-
рактеристиках шликера достаточно описать две-три восьмерки.
141
Еще более сложные движения требуются при покрытии из-
делий сложной формы (чайник, кофейник, ведро). На изделиях,
не являющихся телами вращения и имеющих приварную арматуру,
не всегда удается равномерно распределить шликер по всей по-
верхности. В этом случае прибегают к следующим приемам: те
части изделия, на которых может оставаться более толстый слой
шликера (обычно центральная часть дна), непосредственно перед
окунанием протирают влажной губкой; те же части, на которые
шликер ложится более тонко (борт изделия, носик чайника),
до нанесения грунта протирают губкой, увлажненной раствором
буры, соды или грунтовым шликером. Иногда после разравни-
вания шликера по всему изделию такую арматуру, как, например,
носик чайника, ручку, окунают в шликер повторно.
При покрытии изделий методом окунания на кромке борта
часто остаются висящие капли, которые удаляют, проводя по
кромке прутком.
Слой шликера, наносимый вручную методом окунания, может
быть получен различной толщины — от 0,05—0,07 до 0,3—0,5 мм
(по измерению после обжига). Толщина грунтового слоя на посуде
колеблется от 0,08—0,1 мм на одних заводах до 0,12—0,14 мм
на других. Эта разница в толщине грунтового покрытия на раз-
личных заводах обусловлена применением разных марок грунтов,
различием в характеристиках шликера, приемах нанесения и ре-
жимах обжига. Борные грунты позволяют получать более тонкие
покрытия без прогаров. Однако чрезмерное уменьшение толщины
слоя грунта (слой менее 0,08 мм) даже при хорошем внешнем виде
после обжига нежелательно, так как это может уменьшить проч-
ность сцепления грунта с металлом вследствие недостаточного
количества сцепляющих окислов. Кроме того, зона пузырьков
в грунте, которая обусловливает его амортизирующее действие
и поглощает газовыделение из металла (в первую очередь водо-
род), перемещается при каждом обжиге все дальше от металла;
при слишком тонком грунтовом слое она может достигнуть гра-
ницы грунта с покровной эмалью уже после обжига первого
или второго слоя покровной эмали. Это приводит к повышению
хрупкости покрытия, снижению его механической прочности
и может вызвать появление «рыбьей чешуи», отколов, пузырей
и т. п.
Постепенный нагрев изделий при обжиге в конвейерной печи
требует несколько более толстого покрытия, чем резкий и быстрый
нагрев в печах периодического действия.
Утолщение грунтового слоя сверх 0,14—0,15 мм затрудняет
выделение газов при обжиге и приводит к грубопузырчатому
строению грунтового покрытия, отколам и трещинам.
Для применяемых большинством посудных заводов грунтовых
смесей, содержащих в среднем 9—11% В2О3 и по 0,4—0,6% СоО
и NiO, оптимальной толщиной грунтового слоя можно считать
0,10—0,11 мм.
142
Толщина слоя покровных эмалей колеблется в широких пре-
делах в зависимости от степени заглушенности. Если заглушен-
ность эмали, достаточная для полного перекрытия грунтового
слоя, достигается лишь при толщине покровной эмали более 0,2 мм,
то такие эмали наносятся в два слоя, каждый по 0,15—0,20 мм,
так как при одноразовом нанесении слоя в 0,3—0,4 мм он полу-
чается неодинаковым по толщине и вследствие неравномерности
сушки и обжига дает дефекты в виде местных вскипов, отколов,
разрывов, волосных линий и т. п. Титановые сверхзаглушенные
эмали наносят слоем толщиной 0,09—0,12 мм. Фтористые, оло-
вянные, сурьмяные и циркониевые эмали при нанесении в один
слой имеют толщину 0,18—0,20 мм, при нанесении в два слоя —
0,25—0,30 мм. Прозрачные и полупрозрачные эмали, окрашенные
добавками пигментов при помоле, наносят слоем той или иной
толщины в зависимости от количества и природы пигментов:
при добавке пигментов, сообщающих эмалям большую кроющую
силу (зеленый, коричневый, бирюзово-хромовый и др.), эмали
наносят в один слой толщиной 0,15—0,20 мм\ при введении более
слабых пигментов эмаль наносят в два слоя, суммарная толщина
которых составляет 0,3—0,4 мм.
При достаточной квалификации рабочих можно достичь вы-
сокой степени равномерности покрытия методом окунания. Так,
разнотолщинность грунтовой эмали на простом изделии состав-
ляет 0,01—0,02 мм, на изделии сложной формы разнотолщинность
покрытия может достигнуть 0,03—0,04 мм (0,11—0,12 мм на дне
чайника, 0,08—0,09 мм на носике).
При двухцветном эмалировании изделий эмаль на внутрен-
нюю и наружную поверхность наносят раздельно, и сушка про-
изводится после нанесения каждого слоя. Внутреннюю поверх-
ность покрывают способом облива, наружную — окунанием или
обливом.
При этом приемы разравнивания эмали должны исключать
попадание на поверхность одной эмали шликера эмали другого
цвета. Организация производства обусловливает порядок нане-
сения покрытия: при обжиге покровного слоя эмали в конвейер-
ных печах, где совмещены сушка и обжиг, первоначально наносят
покрытие на наружную поверхность, затем изделия сушат, мар-
кируют, покрывают внутреннюю поверхность, окантовывают и
устанавливают на конвейер печи. При обжиге в камерных печах
целесообразно наносить покрытие сначала на внутреннюю по-
верхность, а затем на наружную, так как внутренняя поверхность
менее подвержена повреждениям при транспортировке изделия и
нанесении наружного покрытия. Кроме того, при такой органи-
зации внутреннее покрытие можно слегка недосушивать, так как
оно окончательно высохнет при сушке наружного покрытия.
Для устранения двойной сушки при двухцветном эмалировании
на ряде предприятий сразу после нанесения внутреннего покры-
тия изделие устанавливают вверх дном на специальную
143
подставку и покрывают наружную поверхность шликером с по-
мощью пульверизатора.
При нанесении эмали методом окунания плохо покрываются
кромки металла, а около отверстий в металле получается утол-
щение эмали. Поэтому на некоторых заводах изделия, имеющие
большое количество кромок и
отверстий (например, дуршлаг),
покрывают белыми эмалями из
пульверизатора.
Производительность труда
при нанесении шликера вруч- .
ную зависит от организации
работы, применяемых эмалей,
характеристик шликера, требуе-
мой толщины и равномерности
покрытия. Например, при по-
крытии окунанием мисок и
кастрюль диаметром 20—30 см
производительность за 1 ч при
хорошей организации производ-
ства и высокой степени разде-
ления труда составляет 300—500
изделий, мелких мисок и кру-
жек 400—600, больших тазов
200—250, чайников, кофейни-
ков 200—250, ведер, баков
120—150.
Для ручного покрытия по-
суды окунанием применяют
ванну, снабженную козырьком
(рис. 31), клещи различной кон-
струкции (рис. 32) и сита для
процеживания шликера.
: шликера на посуду. Главным
Рис. 31. Ванна для ручного нанесения
шлнкера на посуду методом окунания
Механизированное нанесение
направлением в механизации нанесения шликера на посуду в на-
стоящее время является создание станков, имитирующих основ-
ные движения при ручном нанесении: встряхивание, возвратно-
вращательное движение вокруг оси вращения изделия и кача-
ние вокруг оси, перпендикулярной оси вращения изделия. В не-
которых станках изделию придают планетарное движение. Име-
ются попытки использования вибраций для разравнивания шли-
кера. Конструктивно станки для механизированного нанесения
шликера на посуду оформляются в виде непрерывного замкну-
того конвейера или карусели с непрерывным или прерывистым
движением. Принципы конструирования таких станков разрабаты-
ваются в Новочеркасском политехническом институте им. Орджо-
никидзе (НПИ) и освещены в ряде работ [179—184].
Рассмотрим некоторые типы эмалировочных станков. В НПИ
разработана и создана группа эмалировочных станков-автома-
144
тов для нанесения шликера на внутреннюю или наружную поверх-
ность изделий и на обе поверхности одновременно (нанесение
«кругом»). Характеристика станков приведена в табл. 20.
Рис. 32. Инструмент для ручного нанесения шликера
на посуду методом окунания
Основным'элементом эмалировочных машин является рабочий
орган, с помощью которого осуществляются захват и окунание .
(или облив внутренней поверхности), сбрасывание излишка
Рис. 33. Схема рабочего органа эмалировочной машины
шликера и распределение оставшегося шликера по поверхности
изделия.
Схема одного из вариантов рабочего органа приведена на
рис. 33 [180]. Крепление изделия 1 происходит в пружинных
ю в. В. Варгин 145
Таблица 20
Характеристика эмалировочных машин-автоматов Новочеркасского
политехнического института им. Орджоникидзе
Характеристики Для покрытия кру- гом или снаружи Полуавтомат для покрытия внутри ЭПВ-1 Для очистки борта и наведения ранта
ЭАГ-200 ЭАГ-300 ЭАГ-60 ЭМБ-110 ЭМБ-200 ЭМБ-300-1 1 I
Наибольший диаметр обрабатываемого изде- лия в мм 200 300 600 450 ПО 200 300
Высота изделия в мм 200 300 450 350 170 250 80
Число позиций 8 6 4 6 4 .4 4
Производительность в turri‘4 1200 900 450 300—900 900 900 900
Мощность электродви- гателя в кет:
главного привода 1 1 1 1,5 0,27 0,6 0,6
привода насоса 0,27 0,6 0,6 0,27 — — —
Габариты автомата в мм:
диаметр 1500 1700 2000 2000 720 900 900
высота 1400 1400 1400 2500 1200 1200 1200
Вес в кг 800 820 800 800 180 230 230
захватах 2, раскрывающихся при движении вверх штока 5 под
действием толкателя 6 и закрывающихся после установки в них
изделия под действием пружины 3 при опускании штока.
Рабочий орган может сообщать захвату с изделием следующие
движения: первое — поворот вокруг его горизонтальной оси
(окунание изделия в шликер и извлечение его из шликера; облив
внутренней поверхности шликером при нанесении только внутрен-
него покрытия, наклон изделия при разравнивании шликера).
Поворот осуществляется при зацеплении звездочки 10 с цевочной
дорожкой 9.
Устройство рабочего органа предусматривает его фиксирова-
ние в различных положениях (нижнее и верхнее вертикальное
положение изделия, горизонтальное и под углом 45° к горизонту).
Второе — возвратные повороты вокруг оси вращения из-
делия (сбрасывание излишка шликера и разравнивание его).
Передаются изделию через рейку 8 и шестерню 7, закрепленную
146
на шпинделе 4 захватов 2, от кулачкового механизма 14\ прямые
повороты — через штоки 15 и 19, обратные — с помощью пру-
жины 18. Пружина 11 обеспечивает упругую связь штоков 19
и 15, тем самым предотвращая резкое встряхивание изделия при
выключении.
Третье — встряхивание (разрушение структуры шликера и
снижение вязкости) осуществляется за счет следующих конструк-
тивных особенностей. Рабочий орган закреплен в двух подшип-
никах 20 и 17. Подшипник 20 может поворачиваться в шарнире 21
стойки, а подшипник 17 установлен в хомуте и может переме-
щаться вверх — вниз и поворачиваться относительно оси шарнира
штока 12.
Таким образом рабочий орган может колебаться относительно
оси шарнира 21 подшипника 20. Колебания возбуждаются бла-
годаря перемещению ролика штока 15 по круговому пазу, основа-
ние которого имеет плавное понижение. Включение осуществ-
ляется при перемещении подшипника 17 вниз под действием
пружины 16 (при переходе ролика штока 12 на понижающийся уча-
сток профиля копира 13). Применение упругого звена 16 обеспе-
чивает плавное и надежное включение встряхивания. Угол пово-
рота рабочего органа при встряхивании около 2°. Изменяя профиль
кулачка 14, можно изменять угол поворота захватов с изделиями
(от 9 до 120°) и амплитуду- встряхивания.
Частота возвратных поворотов и встряхивания задается чис-
лом оборотов кулачка и регулируется в пределах 50—170 в ми-
нуту.
Возможны и другие решения конструкции рабочего органа,
обеспечивающие заданный закон движения изделия.
Общий вид автомата ЭАГ показан на рис. 34. Автомат кару-
сельного типа, шестипозиционный, с прерывистым движением
стола; предназначен для покрытия изделий кругом или снаружи.
Автомат производит загрузку изделия, окунание в шликер, встря-
хивание и возвратные повороты при различных положениях, вы-
грузку покрытого изделия и мойку захватов.
Все механизмы автомата защищены кожухами и уплотнением
от попадания эмалевого шликера на их рабочие поверхности.
На рис. 35 показана развертка траектории движения захва-
тов рабочего органа. На позиции I происходит загрузка изделия
в рабочий орган, после чего начинается поворот стола и поворот
рабочего органа вокруг горизонтальной оси. По пути на следую-
щую позицию осуществляется окунание изделия в шликер и вы-
вод его на позицию II под углом в 45° к горизонту. На пути I—II
рабочий орган поворачивается на .300°. Перед позицией II
происходит включение механизма встряхивания и возвратных
поворотов, которые продолжаются вплоть до начала движения
рабочего органа с позиции IV. При трогании с позиции III на-
чинается поворот его на 90°, который завершается на полпути
к позиции IV. При подходе к позиции IV рабочий орган
10* 147
7
8
Рис. 34. Общий вид автомата ЭАГ:
1 — загрузочный механизм; 2 — ограждение; 3 — камера мойки;
4 — привод; 5 — стол упоров; 6 — рабочий орган; 7 — механизм
поворота рабочего органа; 8— ванна со шликером; 9 — система
питания шликером; 10 — разгрузочный механизм; 11 — приемный
механизм (транспортер)
Рис. 35. Траектория движения захватов рабочего органа
эмалировочного автомата
148
поворачивается на 45°. В этой позиции встряхивание и возвратные
повороты производятся при горизонтальном положении изделия.
Пристрагивании с позиции/^отключается механизм встряхивания
и возвратных поворотов и рабочий орган поворачивается на 90°
(захватами вниз). В таком положении происходит движение к по-
зиции V, при остановке на которой раскрываются захваты и покры-
I
3 4
Рис. 36. Общий вид полуавтомата
ЭПВ1:
1 —ванна со шликером; 2—шесть рабочих
органов с приводными узлами; 3 — стол
копиров; 4 —привод; 5—дозатор шликера
тое изделие падает на иглы транспортера, имеющего прерывистое
движение. После разгрузки, оставаясь захватами вниз, рабочий
орган перемещается на позицию VI струйной '
мойки захватов. Выйдя из камеры мойки, pa- I |=^
бочий орган подается в исходное положение.
Задание автомату другой циклограммы про-
изводится перемещением цевочной дорожки,
изменением количества и длины дорожек.
Время поворота стола на 60° составляет 2,06 сек,
остановка его на каждой позиции 1,94 сек. Пол-
ный оборот стола завершается
за 24 сек.
Поддержание уровня шли-
кера в ванне и перемешивание
обеспечиваются насосной уста-
новкой с баком запаса. Для
перекачивания шликера приме-
нен эксцентриковый (или ро-
торный) бесклапанный насос
с упругой трубкой [53].
Полуавтомат ЭПВ1 для внут-
реннего покрытия изделий пока-
зан на рис. 36 [180]. Полуав-
томат производит впрыск шли-
кера и облив внутренней по-
верхности, встряхивание и воз-
вратные повороты при различных положениях, разгрузку по-
крытого изделия.
На ряде отечественных заводов сконструированы эмалировоч-
ные машины для нанесения шликера методом окунания и облива,
в которых' изделия совершают несколько отличные от описанных
движения. Эмалировочная машина ЭМ-1 [185] Лысьвенского
металлургического завода предназначена для нанесения шликера
окунанием на мелкие изделия. По окружности карусели уста-
новлены шесть рабочих головок, на которых крепятся изделия.
После окунания в ванну со шликером производятся сбрасывание
излишка и разравнивание слоя шликера возвратно-вращательными
движениями вокруг оси изделия (частота 140—160 возвратных
поворотов в минуту) и изменением угла наклона этой оси от —90
до +90°. Производительность 780 шт!ч.
Эмалировочная машина ЭМ-2 [185] для крупных изделий имеет
периодически вращающийся на горизонтальной оси барабан с тремя
149
шпиндельными головками. Разравнивание производится возвратно-
вращательными движениями с частотой 75—90 поворотов в ми-
нуту. Производительность 360 шт/ч.
На этом же заводе сконструирован еще ряд автоматов: ЭМ-6
для внутреннего покрытия кружек с одновременной обтиркой
борта производительностью 900 шт!ч-, ЭМ-5 — для покрытия кру-
гом плоской посуды производительностью 300 шт1ч\ полуавтомат
для покрытия крышек к чайникам, кофейникам, бидонам про-
изводительностью 720 шт1ч.
Машина карусельного типа с вращением ротора в вертикальной
плоскости сконструирована на алма-атинском заводе «Металлист»
[186]. В отличие от описанных машин удаление излишка и разрав-
нивание шликера производится планетарным движением изделия
вверх дном со скоростью вращения 47—118 об/мин, что обеспе-
чивает более равномерное силовое поле по поверхности изделия.
Продолжительность вращения 9—18 сек-, производительность
200—400 шт!ч изделий диаметром до 400 мм и высотой до 300 мм.
Имеются также разработки конвейерных установок для нане-
сения шликера на посуду способом окунания [187], которые,
однако, менее предпочтительны ввиду больших габаритов и более
сложной конструкции.
Автомат для нанесения эмалевого шликера на посуду методом
пульверизации [188] состоит из камеры, внутри которой размещены
вращающийся диск для установки изделия и пульверизаторы.
При покрытии внутренней поверхности пульверизаторы совершают
движение по криволинейному шаблону, при покрытии внешней —
вертикальные возвратно-поступательные движения. Автомат
снабжен кабиной для очистки воздуха и улавливания эмали.
Несмотря на значительный прогресс в разработке принципов
конструирования эмалировочных машин, практическое применение
их еще очень незначительно.
Специальные способы иаиесеиия. Покрытия «под гранит» полу-
чают, нанося на мокрый слой эмали брызги эмали другого цвета
с помощью дисковых щеток, нижняя часть которых погружена
в шликер. При вращении щетина задевает за планку и, распрям-
ляясь, образует сноп брызг. Вместо щеток применяют также вра-
щающиеся шайбы, которые отбрасывают эмаль на изделие через
дырчатую перегородку. Обычно наносят белые брызги на серое,
голубое, коричневое и зеленое покрытия. Если крупные брызги
наносят до разравнивания первого слоя шликера, а затем его раз-
равнивают, то получают покрытие mod мрамор».
«Облачное» покрытие получают нанесением сильно заглушен-
ной смолотой без глины или с очень малой добавкой глины эмали
на темную подложку. Такой шликер при встряхивании дает не-
равномерное в виде облаков покрытие. Встряхивание произво-
дят либо вручную, либо устанавливают изделие после окунания
на дырчатую подставку, совершающую возвратно-поступательные
движения.
150
Покрытие «сетчатый мрамор-» получают следующим образом.
На поверхность изделия с помощью губки наносят тонкий слой
темной эмали, приготовленной в виде густого пастообразного шли-
кера. Затем с помощью щетки, в которой вместо щетины укреплены
металлические штифты, расположенные в определенном порядке,
на изделие наносят капли белой эмали. Для этого штифты окунают
в шликер белой эмали, а затем быстро прикасаются ими к по-
верхности изделия. После этого легким встряхиванием и специ-
альными движениями разравнивают белые капли. При этом зерна
ранее нанесенной темной эмали собираются по границам белых
капель, образуя прожилки.
Покрытие «зерно» или’«рябчик» получают нанесением на за-
грунтованное изделие шликера светлой эмали, в который перед
концом помола добавляют 10—20% более крупных зерен темной
эмали.
Для получения «пятнистого» покрытия на высушенную не-
обожженную поверхность белой или цветной эмали наносят капли
тонкоразмолотой эмали другого цвета или капли растворов ок-
рашенных солей (соли кобальта, никеля, хрома, меди, марганца
и др.). После повторной сушки изделия обжигают.
Нанесение бортовой эмали. Нанесение бортовой эмали на борт
изделий и арматуру (окантовка) по трудоемкости не уступает дру-
гим операциям эмалирования, а в ряде случаев даже их превос-
ходит. На крупных предприятиях с высокой степенью разделения
труда одного рабочего, занятого нанесением покровной эмали,
обслуживают двое-трое рабочих, занятых окантовкой изделий.
Нанесение на борт окрашенных в разные цвета специальных бор-
товых эмалей не только обеспечивает механическую прочность
покрытия на борту, но и придает изделию красивый внешний вид.
Порядок удаления покровной и нанесение бортовой эмали мо-
жет быть различным:
1) удаление покровной и нанесение бортовой эмали произво-
дят до сушки слоя покровной эмали (мокрая окантовка);
2) обе операции выполняют после сушки покровной эмали
или удаление покровной эмали с борта производят до сушки, а на-
несение бортовой эмали после сушки (сухая окантовка);
3) бортовую эмаль наносят на высохший слой грунта и обжи-
гают вместе с грунтом. После нанесения покровной эмали ее только
удаляют с бортов.
Мокрая окантовка выполняется обычно вручную. Покровную
эмаль снимают с бортов при помощи влажной губки, тряпочки
или резинки с вырезом, после чего наносят пальцами шликер бор-
товой эмали. Выполнение этой операции требует высокой квали-
фикации рабочего.
Сухая окантовка открывает широкие возможности для механи-
зации. К числу недостатков этого способа относится частое появле-
ние вскипа (скопление мелких пузырьков) на покровной эмали на
расстоянии 1—3 мм от линии ее соприкосновения с бортовой.
151
При соприкосновении шликера бортовой эмали с высохшим слоем
шликера покровной эмали жидкость первого по капиллярам про-
никает в слой покровной эмали, увлекая за собой электролит, и
создает места с повышенной концентрацией солей. При обжиге
соли разлагаются и образуются вскипы. При невысокой концен-
трации электролита вскип не образуется, но могут появиться
линии разного тона («береговая линия») и мелкие разрывы по-
кровной эмали («водяная полоска»). Цвет береговой линии за-
висит от тона, который сообщают эмали растворенные в воде соеди-
нения. Так, при окантовке бортовой эмалью, содержащей соеди-
нения хрома, на титановых эмалях появляется береговая линия
желтого тона, при заправке бор-
товой или покровной эмали со-
единениями молибдена — бере-
говая линия голубого тона.
Чтобы избежать этих дефек-
тов, необходимо следующее: ис-
пользовать в качестве заправоч-
ных средств для бортовой и по-
кровной эмалей вещества, раз-
лагающиеся до оплавления
n Л, . эмали или не выделяющие при
Рис. 37. Удаление покровной эмали г
с бортов при помощи вращающегося обжиге газообразных продуктов
войлочного диска (см. табл. 12); предотвратить
или.уменьшить перенос элек-
тролита. Для этого между бортовой и покровной эмалями остав-
ляют узкую, шириной в 0,5—1 мм, полоску.
Третий способ окантовки состоит в нанесении с помощью пуль-
веризатора тонкого слоя бортовой эмали поверх высушенного
слоя грунта и требует разработки специальных бортовых эмалей.
На отечественных заводах этот способ не применяется.
Способы удаления покровной эмали с бортов. К ним относятся
следуюпГие.
1. Ручной способ состоит в том, что эмаль удаляют с помощью
влажной губки, тряпочки или резинки с вырезом. За 1 ч зати-
рают борт на 500—700 мисках 0 20—30 см или на 300—400 тазах,
или на 200—250 ведрах (борт и ушки). Затирка производится
до сушки покровного слоя.
2. Механические способы применяются различные. На не-
которых отечественных заводах покровную эмаль с бортов уда-
ляют после сушки с помощью войлочного диска 0 25—30 см,
вращающегося со скоростью 900—1400 об/мин (рис. 37). Произ-
водительность этого способа в 1 ч 500—700 мисок 0 16—24 см
или до 1000 кружек. Качество очистки борта выше, чем при руч-
ной затирке.
НПИ им. Орджоникидзе [189] предложены и исследованы меха-
нические способы очистки борта с помощью вибраций (рис. 38, а),
упругого ролика (рис. 38, 6) и движущейся бесконечной ленты
152
(рис. 38, в). Во всех трех случаях в положении загрузки I изде-
лие 1 закрепляется в свободно вращающейся планшайбе 2,
затем после поворота в рабочее положение II получает вращение
от очищающей поверхности.
При очистке с помощью вибраций борт изделия входит в за-
цепление с вибрирующей рейкой 3, совершающей колебания с ча-
стотой 2000—6000 кол!мин от вибратора 5 (перпендикулярно плос-
кости рисунка). Рейка выполнена по форме борта в виде рифле-
ного желобка и имеет упругую связь 4 в поперечном направлении.
Борт изделия 0 90 мм очищается за 5—6 сек.
При очистке упругим роликом 8 борт прокатывается по нему
с проскальзыванием, что обеспечивается скрещиванием осей
вращения ролика и изделия под определенным углом (<р) или тор-
можением изделия. Усилие контакта регулируется пружиной 6
через прижимную планку 7.
Производительность и качество очистки зависят от угла на-
клона оси изделия к горизонту а, от угла <р, скорости вращения
ролика, профиля (А, Б или Ё), размеров и материала ролика и
прижимной планки, от силы, прижимающей борт к ролику. Наи-
выгоднейшие условия очистки борта изделий 0 70—120 мм
обеспечиваются при использовании двухступенчатого ролика
(профиль В), изготовленного из твердой технической резины, диа-
метром 90—100 мм при <р = 10°, а = 15°, скорости вращения ро-
лика 50—75 м!мин. Время очистки борта 0,5—1,5 сек.
Очистка борта упругой лентой происходит при замыкании
борта изделия с движущейся непрерывной лентой 9 и прижимной
планкой. Лента сообщает изделию вращение с проскальзыванием.
Крепление изделий в планшайбе может вызвать повреждение
высушенного слоя шликера.. Кроме того, для крупных изделий
153
с коническими стенками (миски, тазы) такое крепление ненадежно.
Для очистки борта таких изделий предложен станок [190], в ко-
тором крепление изделия осуществляется за борт с помощью трех
роликов специального профиля, два из которых передают изделию
вращение, а третий является зажимным. Такой способ крепления
исключает повреждение слоя высушенной эмали на корпусе из-
делия. Очистка производится дисковыми щетками.
Способы нанесения бортовой эмали. Они подразделяются на
ручные и механизированные.
1. Ручные способы. На многих предприятиях бортовую эмаль
наносят пальцами; производительность в1 ч: 500—7ООмисок02О—
30 см или 300—400 тазов, или 200—250 ведер. Консистенция шли-
кера должна быть такой, чтобы шли-
кер не капал с пальцев (9—11 г/дм?).
При нанесении бортовой эмали
с помощью кисти, смоченной шлике-
ром, изделие устанавливают на вра-
щающийся турникет (рис. 39). Произ-
водительность в 1 ч: 700—1000 мисок
Рис. 39. Наведение ранта на 0 16 24 СМ ИЛИ 700 900 кружек
миску кистью (окантовка борта и ручек), консистен-
ция шликера 8—11 г/дм2.
Известен и другой способ нанесения бортовой эмали. Изделие
прокатывают бортом по твердой поверхности, например по
стеклу, на котором ровным слоем толщиной 1—3 мм распределен
шликер бортовой эмали. Консистенция шликера должна быть
5—7 г/дм2. Недостатком способа является быстрое высыхание и
загустевание шликера на поверхности стекла.
2. Механические способы. Распространение получили ролико-
вые станки как за рубежом [23, стр. 90—91 ], так и на некоторых
отечественных заводах. Простейшими являются трехроликовые
станки двух типов [191, 192].
Первый тип — с передачей вращения от роликов к изделию
(рис. 40) — предназначен для наведения ранта на изделиях,
устойчивых на борту (миски, тазы, кастрюли, накладные крышки
и т. п.).
Изделие 1 устанавливают бортом на три вращающихся тек-
столитовых ролика 2, которые нижней частью погружены в ван-
ночки 3 со шликером бортовой эмали. Толщину шликера на ро-
ликах регулируют изменением величины зазора между поверх-
ностью ролика и ножом 4. Профиль ролика зависит от формы
борта изделия.
После того как изделие сделает от 0,5 до 1 оборота, его сни-
мают с роликов и передают на следующую операцию. Диаметр
роликов в 1,5—2 раза меньше диаметра изделия. Скорость враще-
ния роликов 80—100 об/мин. На одном станке можно производить
окантовку изделий различного диаметра, изменяя расстояние ро-
ликов от центра. Перестройка занимает несколько минут.
154
\
Рис. 40. Станок для окантовки изделий, устойчивых на борту
155
Второй тип — с передачей вращения от изделия к роликам
(рис. 41) — предназначен для наведения ранта на изделиях, не
устойчивых на борту (бидон, кружка, кофейник и т. п.). На не-
прерывно вращающемся шпинделе 1 закреплены ванночка со
шликером 3 и три резиновых ролика 2, которые имеют возмож-
ность свободно вращаться вокруг своих осей. Нижняя часть ро-
ликов погружена в шликер, тол-
। 1 | щина которого на роликах регу-
Рис. 42. Окантовка бидонов на станке
Рис. 41. Станок для окантовки изде-
лий, неустойчивых на борту
лируется ножом 4. Держа изделие в руках, прижимают его бор-
том к роликам (рис. 42). При этом ролики за счет трения о борт
изделия приходят во вращение и обкатывают борт. После того
как стол сделает от 0,5 до 1 оборота, изделие отнимают от роли-
ков. Для увеличения ширины наведения ранта ролики могут вы-
полняться наклоняющимися при нажатии на них бортом изделия
или закрепляться неподвижно под различными углами. Диаметр
роликов 80—100 мм, скорость вращения шпинделя 30—60 об!мин.
Без перестройки можно производить окантовку изделий различ-
ного диаметра (60—100 мм).
Время окантовки изделия на роликовых станках такого типа
составляет 0,5—2 сек. Консистенция шликера 7—8 г!дм2. Произ-
156
водительность примерно в два раза выше, чем при ручной окан-
товке. В станках НПИ [180, 193] использованы способы нанесения
шликера бортовой эмали с помощью непрерывной резиновой
ленты, проходящей через ванночку со шликером, а также ролика,
погруженного нижней своей частью в шликер. В обоих случаях
вращение передается от ро-
лика (или ленты) изделию,
закрепленному в планшай-
бе, свободно вращающейся
вокруг оси изделия и имею-
щей свободу качания от-
носительно горизонталь-
ной оси шарнирной под-
вески планшайбы. Это
устраняет влияние биения
борта на качество окан-
товки. Ось вращения изде-
лия расположена под уг-
лом а к горизонту, что
исключает возможность
затекания шликера на
внутреннюю поверхность
изделия. Оптимальные ус-
ловия наведения ранта на
изделиях 0 70—120 мм:
а = 30°, скорость враще-
ния кроющего ролика 10—
25 м/мин (зависит от ха-
рактеристик шликера).
Рис. 43. Конструктивная схема полуавто-
мата ЭМБ
Соединение в одном
агрегате устройств для за-
чистки борта и наведения
ранта осуществлено в эмалировочных полуавтоматах НПИ [180,
183], характеристика которых приведена в табл. 20. Полуавто-
маты карусельного типа с прерывистым движением стола осу-
ществляют загрузку изделий, очистку борта от сухого шликера,
наведение ранта бортовой эмалью и выгрузку изделия (рис. 43).
Допускаемые отклонения изделия по высоте ±1 мм.
Сушка покрытий
На качество обожженных посудных изделий в сильной сте-
пени оказывает влияние режим сушки. Неправильная сушка
грунтового и эмалевого покрытия приводит к образованию поро-
ков на изделиях. Слишком быстрая сушка ведет к образованию
разрывов в грунтовом или эмалевом слое, слишком медленная
способствует при грунтовом покрытии ржавлению посуды, что
при обжиге ведет к прогарам грунта. Неравномерная сушка
157
внутреннего эмалевого покрытия при обжиге приводит к вски-
панию эмалевого слоя.
На процесс сушки изделий влияет ряд факторов: температура
окружающего воздуха и изделия, степень насыщенности воздуха
водяными парами, скорость движения воздуха над поверхностью
испарения, величина поверхностного натяжения в капиллярах
эмалевого слоя и форма изделия.
Процесс сушки следует разбить на два периода. В первый
период вследствие влажности покрытия испарение влаги опреде-
ляется исключительно условиями внешней диффузии’ темпера-
турой и влажностью окружающего воздуха. В дальцейшем при
неизменных параметрах воздуха интенсивность испарения будет
зависеть от перемещения влаги по капиллярам покрытия.
Толщина эмалевого слоя невелика, но несмотря на это во
время процесса сушки происходит перенос растворимых солей
из внутренних слоев в поверхностный слой. Это явление свя-
зано с капиллярной диффузией влаги, а вместе с влагой перено-
сятся и растворимые соли. Перемещение влаги происходит также
и вдоль поверхности. Так, например, содержание растворимых
солей у борта изделия всегда выше, чем на дне изделия.
В процессе сушки удаляется почти вся свободная влага. Гидрат-
ная вода, связанная с солями и глиной, удаляется только в про-
цессе обжига изделия [194].
Плоские изделия и изделия с открытой внутренней поверх-
ностью (тарелки, миски, тазы, небольшие кастрюли), покрытые
грунтовым или эмалевым шликером, при прочих равных усло-
виях всегда высыхают быстрее, чем изделия сложной конфигура-
ции и с замкнутой внутренней поверхностью (чайники, бидоны,
кувшины). Это объясняется тем, что внутри изделий сложной кон-
фигурации недостаточна циркуляция воздуха.
Воздух, находящийся внутри сосуда, быстро насыщается па-
рами воды и процесс сушки замедляется. При большом насыще-
нии воздуха влагой возможны случаи конденсации паров влаги
на внутренних поверхностях изделий; в этом случае наблюдается
стекание покрытия. Сушка изделий производится обычно при
температурах воздуха 70—90° С, продолжительность сушки 15—
60 мин в зависимости от вида изделия. Внедрение в производство
горизонтальных конвейерных сушил высокой производительности
позволяет осуществлять скоростную сушку изделий при тем-
пературах 120—180° С; продолжительность сушки грунтового
и эмалевого покрытия при этом сокращается до нескольких
минут.
В последнее время для сушки эмалевых покрытий все чаще
применяют терморадиационный нагрев инфракрасными лучами,
что резко сокращает продолжительность времени сушки по сравне-
нию с конвекционной сушкой. Изделия помещаются на расстоя-
нии 100—300 мм от излучающей поверхности, имеющей темпера-
туру 380—400° С. При интенсивном воздействии инфракрасных
158
лучей металлическая поверхность изделий быстро нагревается,
вследствие чего влага интенсивно испаряется.
В качестве источников инфракрасных лучей могут служить
специальные лампы накаливания мощностью по 500 вт с металли-
зированной поверхностью или излучающие панели, представляю-
щие собой чугунную плиту размером 380 X 350 X 15 мм, с заделан-
ными внутри нее трубчатыми электрическими нагревателями.
Мощность одного нагревателя 0,5—2,0 кет. Кроме того, применяют
в качестве источников инфракрасных лучей металлические короба,
обогреваемые природным газом.
Для переноски и установки изделий в камерное сушило при-
меняются различные приспособления: шины, доски с гвоздями,
доски, обитые мягкой фланелью или кошмой. Щины изготовляются
из металла толщиной 2 мм в виде полос шириной 30—50 мм, со-
единенных попарно. Ширина шин зависит от диаметра изделий.
Верхние кромки шин делаются заостренными. Длина шин и досок
для переноски изделий 1,0—1,5 м. На конвейерных вертикальных
и горизонтальных сушилах сушильный инструмент монтируется
непосредственно на этажерке конвейера. На конвейерных суши-
лах обычно устанавливают острые ножи, ножи с иголками и ме-
таллические полки, обитые фланелью. Каждый вид изделия уста-
навливается на определенный сушильный инструмент.
Типы сушил. Существуют сушила камерные и конвейерные,
вертикальные и горизонтальные.
. Камерное сушило представляет собой металлическую камеру
с наружной тепловой изоляцией. Камерные сушила бывают с од-
носторонним и двусторонним расположением стеллажей. Внизу
под стеллажами находятся паровые регистры или дымоход от
печи обжига. В верхней части сушила устраивается вытяжная
вентиляция. Температура сушки изделий в камерных сушилах
40—80° С, продолжительность сушки 15—60 мин в зависимости
от вида изделия. Обычно производительность и размеры сушила
подбирают таким образом, чтобы оно обеспечивало работу одной
камерной или муфельной печи. К недостаткам камерных сушил
относятся: большой расход пара, невысокая производительность,
необходимость в большой производственной площади, большая
затрата ручного труда. При недостаточной циркуляции воздуха
в камерных сушилах на эмалевом покрытии могут появиться раз-
личные пороки.
Вертикальное конвейерное сушило представляет собой высокую
металлическую камеру, стены и свод которой теплоизолированы.
Внутри камеры размещен цепной конвейер, непрерывно переме-
щающийся в вертикальной плоскости. При помощи шарниров на
конвейерной цепи закреплены этажерки с двумя-тремя полками
сушильного инструмента. Шарнирное крепление обеспечивает
строго вертикальное положение этажерок при движении конвейера.
Загрузка изделий производится с одной стороны сушила через
специальное окно; постепенно изделия перемещаются в верхнюю
159
часть сушила, затем опускаются на другую сторону сушила, где
через разгрузочное окно происходит выгрузка высушенных из-
делий.
В качестве теплоносителя в верхнюю часть сушила подается
горячий воздух, нагреваемый в рекуператорах обжигательных
печей, или отходящие от печей очищенные топочные газы.
Отработанный влажный воздух удаляется в атмосферу через
специальную отсасывающую трубу, расположенную в верхней
части сушила. Во избежание конденсации влаги отсасывающая
труба снаружи должна быть теплоизолирована.
2350
Рис. 44. Вертикальное газовое радиационное сушило:
I — каркас; 2 — изоляция; 3 — газовая горелка; 4 — излучаю-
щая панель; 5.— ребра; 6 ~ воздушный короб; 7 — дымоход;
§ — транспортер; 9 — отсос увлажненного воздуха
Производительность сушила зависит от степени загрузки и
скорости движения конвейера. Полный оборот конвейер совершает
за 25—40 мин.
В более современном варианте 1195] вертикального сушила
(рис. 44) источником тепла является металлическая панель, уста-
новленная в центре камеры. Панель представляет собой металли-
ческий короб, внутри которого установлены атмосферные инжек-
ционные газовые горелки. Продукты горения удаляются через
дымоход. При сушке изделий сложной конфигурации необходимо
их обдувать во избежание запаривания. Производительность
такого сушила до 600 кг/ч, расход природного газа 14 м?/ч, тем-
пература внутри сушила 120° С. По сравнению с камерными су-
шилами вертикальные конвейерные сушила занимают меньше
производственной площади и более производительны. Кроме того,
улучшаются условия труда рабочих и уменьшается число вспо-
могательных рабочих.
Наряду с преимуществами вертикальные сушила имеют и не-
достатки. Производительность сушила оказывается недостаточ-
но '
йой для обеспечения высокопроизводительных конвейерных печей
и приходится устанавливать несколько сушил. Эти недостатки
устраняются при применении горизонтальных конвейерных сушил.
Горизонтальные конвейерные сушила по форме могут быть пря-
мыми и П-образными; последние более экономичны.
В сушилах применяют различные виды конвейеров: подвес-
ные конвейеры с этажерками, имеющими 3—5 полок, тросовые
или ленточные транспортеры. В последнем случае изделия уста-
навливают в один ряд.
В качестве источника отопления для горизонтальных сушил
могут быть применены электрические нагреватели, паровые реги-
стры, нагретый в рекуператорах горячий воздух, терморадиа-
ционные панели, горелки инфракрасного излучения.
Размеры горизонтальных конвейерных сушил различны и вы-
бираются с учетом производительности. В крупных эмалировоч-
ных производствах горизонтальные конвейерные сушила полу-
чили широкое распространение.
Горизонтальное электрическое конвейерное сушило (рис. 45)
представляет собой туннель, внутри которого перемещаются эта-
жерки с изделиями. Движение конвейера внутри сушила П-об-
разное. Снаружи конвейер движется кругом сушила. В зоне рас-
положения электрических нагревателей внутренняя часть стены
выполнена из шамотного кирпича, а наружная — из легковес-
ного кирпича.
В зоне теплообмена стены сушила выполнены из красного,кир-
пича. Подвесной свод сушила состоит из металлических коробок,
набитых шлаковой ватой; толщина изоляции 150 мм. Наружные
размеры сушила: длина 26,7 м, ширина 3,6 м, высота 2,0 м; внут-
ренние размеры: ширина 2,7 м, высота 1,8 м. В сушиле одновре-
менно помещаются 52 этажерки. Сушильный инструмент при по-
мощи штанг подвешен к цепи конвейера.
По всей длине сушила на своде имеется щель, которая пере-
крывается металлическими пластинками — чешуей, закреплен-
ной на штангах и перемещаемой совместно с этажерками. Каждая
этажерка состоит из четырех или пяти полок. На первых двух
полках (счет сверху) устанавливают мягкий инструмент, деревян-
ные бруски или металлические полоски с закрепленной на них
фланелью. На третьих и четвертых полках устанавливают шины,
имеющие заточенные верхние кромки, или шины с иголками. Ни-
хромовые нагреватели располагают частично на стенах, частично на
поду сушила (всего пять секций нагревателей общей мощностью
350 кет). У входа в сушило имеется воздушная завеса.
Производительность сушила — 0,5—2 т/ч зависит от степени
загрузки этажерок и скорости движения конвейера, которая мо-
жет регулироваться в течение 2,5—7,5 м!мин. Движение конвейер
получает от электромотора мощностью 3,5 кет через редуктор.
Для контроля за температурным режимом сушки установлены
две термопары; температура сушки 120—480° С. Порядок работы
Н В. в. Варгин 161
о
to
Рис. 45. Схема электрического горизонтального конвейерного сушила
сушила следующий: вдоль наружной ветви конвейера установ-
лены ванны для окунания, после покрытия изделия устанавливают
на сушильный инструмент конвейера. По мере выхода изделий из
сушила с другой стороны туннеля их снимают и передают на сле-
дующее покрытие.
Удаление влажного воздуха из конвейерного сушила проис-
ходит за счет Циркуляции воздушных потоков, возникающих
вследствие разности удельных весов горячего и холодного воздуха.
Воздух удаляется через щель на своде сушила. Свежий воздух
подсасывается из помещения через окна загрузки и выгрузки.
Рис. 46. Схема конвейерного электрического сушила с поднятой зоной сушки
(«горбатое» сушило)
Кроме описанной конструкции электрического конвейерного
сушила, имеются электрические конвейерные сушила с поднятой
зоной сушки (рис. 46). Внутреннее устройство отличается от пре-
дыдущего сушила лишь тем, что конвейер полностью проходит
под сводом и щели на своде сушила не имеется. По всей длине су-
шила на поду расположены трубы для отбора влажного воздуха
и выброса его в атмосферу. Наружная часть труб изолирован'а.
Сушило имеет шесть секций нагревателей мощностью по 45 кет
каждая. Нагреватели расположены на стенах и экранированы
металлическими щитами. В сушиле установлены три термопары;
по средней термопаре осуществляется автоматическое регулирова-
ние температуры включением и выключением нагревателей. Тем-
пература в сушиле 140—180° С (по средней термопаре). Скорость
движения конвейера 1,5—2,5 м/мин. Число полок сушильного
инструмента на этажерке 3—4.
Горизонтальное сушило с паровым обогревом, в котором в ка-
честве транспортера применяют стальные тросы в 4—6 рядов,
показано на рис. 47 [331. Скорость движения транспортера 0,5—
1,0 м/мин. Производительность сушила 500—600 кг!ч. Длина
сушила 24 м, ширина 1,4 м.
И* 163
2
8 4
Рис. 47. Схема горизонтального паро-
вого сушила с тросовым транспорте-
ром:
1 — калорифер на 48 тыс. кал; 2 — калори-
феры на 10 тыс. кал; 3 — кожух; 4 —сталь-
ные тросы; 5 — изделия; 6 — приводная
станция; 7 — барабан для направления
тросов; 8 —паровые батареи
Рис. 48. Схематический
разрез терморадиаци-
онного сушила:
1 — подвесной конвейер;
2 — теплоизоляция;
3 — дымоход; 4-^термо-
радиационная камера;
5 — газовая горелка;
6 — рециркуляционный
короб
164
Горизонтальные сушила непрерыйного действия могут также
обогреваться газом и горячим воздухом. Сжигание газа может
производиться непосредственно в сушиле под изделием; для равно-
мерного распределения тепла над горелками устанавливается
сетка. Такое сушило должно быть обеспечено хорошей вытяжной
вентиляцией.
Горячий воздух для горизонтальных сушил может подогре-
ваться в рекуператорах и калориферах. При этом предусматри-
вается циркуляция воздуха внутри сушила путем установки вен-
тиляторов при рециркуляции воздуха. В сушиле имеются фильтр
для очистки воздуха от пыли и вытяжные трубы для удаления
влажного воздуха.
На рис. 48 показан разрез горизонтального конвейерного су-
шила с газовым терморадиационным обогревом [196].
Совмещение сушки и обжига в электрических конвейерных печах
коренным образом изменило процесс сушки изделий. В конвей-
ерных электрических печах наряду с обжигом осуществлен про-
цесс сушки грунтового и эмалевого покрытия. Изделия после
покрытия грунтом устанавливают непосредственно на обжиговый
инструмент конвейерной печи. В зоне теплообмена происходит
сушка изделий. Если изделия сложной конфигурации (чайники,
кофейники, бидоны) в условиях конвейерной печи не просыхают до
подхода к зоне обжига, на дне и стенках образуются разрывы
грунта, поэтому эти изделия сушат отдельно в сушилах. Изделия
после второго эмалевого покрытия также устанавливают непо-
средственно на обжиговый инструмент конвейерной печи.
Интересным конструктивным решением является устройство
конвейерных сушил над сводом горизонтальных электрических
конвейерных печей. В этом случае используется тепло, проходя-
щее через свод конвейерной печи, и увеличивается полезная пло-
щадь цеха.
Конструктивное оформление сушил может быть самым различ-
ным и выбор того или иного типа зависит от условий производства
и источника тепла. Если предприятие использует природный газ,
то наиболее экономичны терморадиационные сушила с рецирку-
ляцией воздуха внутри сушила.
Печи для обжига грунта и эмали
Для обжига посуды, покрытой грунтом и эмалью, применяют
печи периодического действия — камерные и печи непрерывного
действия — конвейерные. По источнику нагревания эмалировоч-
ные печи делятся на электрические, газовые, нефтяные и печи
с комбинированным обогревом (печи на твердом топливе в послед-
нее время в эмалировочной промышленности СССР не исполь-
зуются).
Конструкции печей весьма разнообразны и зависят от требуе-
мой производительности и вида источника нагревания. При отоп-
165
лении печи газовым или нефтяным топливом чаще всего применяют
печи с муфелями, защищающими поверхность эмали от действия
печных газов. Безмуфельные эмалировочные печи (стр. 279) для
производства стальной эмалированной посуды до сих пор не нашли
применения. Кроме того, существуют печи, в которых муфели-
руются не изделия, а продукты горения. Топливо в таких печах
сжигается внутри терморадиационных труб [197]. Расход топлива
в печах с терморадиационными трубами меньше, чем в муфельных
[198], однако стоимость их несколько выше.
В большинстве случаев наиболее,выгодно применение электри-
ческих печей. Показано [198—201], что удельный расход тепла
на обжиг изделий зависит от производительности печи, от ее раз-
меров, загрузки и продолжительности работы. При остановках
печи (например, в конце рабочей недели) в случае работы ее с не-
догрузкой или перегрузкой расход тепла резко возрастает. В то
же время отношение удельного расхода тепла в электропечах к рас-
ходу тепла в печах с терморадиационными трубами при прочих
равных условиях составляет 1 : 1,25. К- п. д. печей мало зависит
от производительности, незначительно зависит от вида топлива и
является наибольшим для электрических печей.
Муфели газовых и нефтяных печей выполняют из огнеупорных
плит толщиной 30—40 мм. Длительное время имели распростра-
нение шамотные муфели. Вследствие низкой теплопроводности
шамота (при высоких температурах 0,8—1 ккал/м• град• ч) темпе-
ратуру газов вокруг муфеля приходится поддерживать на 200—
300° выше, чем заданная температура обжига изделий. Поэтому
для изготовления муфелей теперь применяют другие материалы:
карборунд, карбофракс, жароупорные стали. Теплопровод-
ность этих материалов выше, чем у шамота, и, следовательно,
требуется меньший перепад между температурой газа и темпера-
турой в муфеле. Это приводит к уменьшению расхода топлива.
Толщина стенок муфеля из жароупорной стали всего 5—7 мм,
перепад между температурой газов и температурой в муфеле со-
ставляет 50—60°. Муфели из жароупорной стали имеют тот недо-
статок, что в процессе эксплуатации деформируются и окисляются.
В результате нарушается газоплотность муфеля и отслаивающаяся
окалина попадает на изделия.
В последнее время муфели делают сборными из литых частей.
Применяется жаростойкий сплав фуродит. Продолжительность
службы муфелей из фуродита при толщине стенок 60—80 мм со-
ставляет 6—8 месяцев.
Тепло отходящих от муфельных печей газов используют для
подогрева воздуха в рекуператорах. При температурах газов 800—
900° С можно применять рекуператоры керамические и из жаро-
упорного чугуна.
Керамические рекуператоры имеют малый коэффициент теп-
лопередачи и недостаточную плотность. Металлические рекупера-
торы прочны, достаточно газоплотны и компактны. Распростране-
166
ййе получили игольчатые рекуператоры из труб, внутри которых
проходит нагреваемый воздух, а снаружи — дымовые газы.
Иглы расположены либо на обеих поверхностях, либо только на
внутренней поверхности труб. Игольчатые трубы собираются
в секции; крепление труб производится при помощи чугунных реек
и чугунных плит. Игольчатые трубы выпускаются различной
длины: 880, 1135, 1385, 1640 и 2150 мм. В зависимости от темпера-
туры отходящих газов выбирают различный состав чугуна для
отливки рекуператорных труб.
Чугунные рекуператоры могут быть использованы для подо-
грева воздуха и газа. Их устанавливают над печью, в боровах
или в любом другом месте относительно печи. При установке
в боровах трубы располагают вертикально, а в остальных слу-
чаях — горизонтально. Срок 'службы чугунных труб 3—5 лет.
При установке рекуператора предусматривается возможность
чистки наружной поверхности труб.
Камерные печи. Эти печи получили широкое распространение
в эмалировочной промышленности при небольших масштабах
производства. В них в основном производится обжиг грунтового
и эмалевого покрытия, В крупных производствах камерные печи
находят применение для обжига посуды с целью правки, пере-
обжига ее после чинки и обжига посуды с декоративным оформле-
нием.
По конструкции камерные печи подразделяются на муфельные
и камерные электрические печи. Муфельные печи, в свою очередь,
подразделяются в зависимости от рода применяемого топлива на
печи, работающие на газовом отоплении и на мазутном отоплении.
Размеры муфеля зависят от требуемой производительности,
формы и размеров изделий. Для обжига посуды чаще всего при-
меняют муфели длиной 1500—3000 мм, шириной 900—1300 мм,
высотой 600—1000 мм. Наибольшее распространение получили
муфели размерами 2900X1150X900 мм. Значительно увеличивать
длину и ширину муфеля нецелесообразно, так как при этом уве-
личивается время загрузки и выгрузки изделий и затрудняется
снятие обожженных изделий с обжигового инструмента. При
выборе размеров муфеля необходимо учитывать то, что перед-
няя часть муфеля закрывается заслонкой, и поэтому изделия здесь
обжигаются хуже, чем в других частях муфеля. Изделия необхо-
димо устанавливать на расстоянии не меньше чем 400—500 мм
от заслонки. Последняя выполняется из стальной или чугунной
литой коробки, футерованной шамотным или легковесным кир-
пичом. В передней части муфеля имеется чугунная рама, по кото-
рой перемещается заслонка. Заслонки на печах следует устанав-
ливать с небольшим уклоном, что обеспечивает лучшую плотность.
Подъем и опускание заслонки осуществляют при помощи элек-
тролебедки или пневматического устройства.
Посадка изделий в печь и вынимание обожженных изделий из
печи производится при помощи загрузочных тележек различной
167
конструкции, передвигаемых вручную, при помощи маховиков
или электропривода. Передвижение тележки, подъем и опуска-
ние заслонки, посадка и выемка изделий из печи на отдельных
заводах полностью автоматизированы.
Муфельные печи с газовым обогревом. Существуют муфельные
печи, работающие на генераторном, коксовом или природном газе.
Одна из таких печей, получившая распространение в последние
годы, показана на рис. 49. Производительность печи до 300 кг/ч,
длина муфеля 2900 мм, ширина 1150 мм, высота 920 мм. Под му-
фелем устроены топочные камеры, в которых происходит сжига-
Рис. 49. Муфельная
печь на газовом отоп-
лении
ние газа при помощи горелок. С каждой стороны печи установ-
лены по две горелки. Продукты сгорания поднимаются по верти-
кальным каналам вдоль боковых стен муфеля на свод, затем
опускаются и направляются в трубчатый рекуператор, установ-
ленный на некоторой высоте возле печи. Рекуператор состоит
из чугунных игольчатых труб. В нем подогревается газ или. воздух
для горения.
Муфель изготовляется из тонких карборундовых плит или
жароупорной стали. Заслонка поднимается гидравлическим уст-
ройством. Наружная кладка печи выполнена из шамотного кир-
пича и изолирована легковесным кирпичом. Печи, отапливаемые
газом, можно устанавливать непосредственно в цехе, так как
продукты горения не загрязняют помещение. Газ к горелкам
подается по трубам. Расход газа зависит от его калорийности и от
производительности печи. Подача газа может регулироваться
автоматически по температуре обжига в муфеле.
Муфельные печи с мазутным обогревом. Схема такой печи при-
ведена на рис. 50. При нефтяном отоплении печи с мазутным
обогревом применяют форсунки низкого (200—300 мм вод. ст.)
168
и среднего (3000 мм вод. ст.) давления. Форсунки обычно распо-
лагают сзади муфеля. Продукты сгорания проходят под подом
муфеля к передней стенке муфеля и далее поднимаются к боковым
стенкам и на свод муфеля. Отходящие газы можно использовать
горение мазута; это дает
для подогрева воздуха, идущего на
возможность снизить расход мазута
на 15—20%. Под муфеля и стенки
форкамеры выполняют из динасового
кирпича, муфель — из тонких шамот-
ных плит. Наружную кладку выпол-
няют из шамотного кирпича и изо-
лируют легковесом; свод печи можно
изолировать шлаковатой. Подача
мазута может регулироваться авто-
матически. Расход мазута 60—80 кг!ч.
При эксплуатации печи особое
внимание должно уделяться регули-
рованию процесса сжигания мазута,
потому что при отоплении мазутом
подъём температуры происходит очен ь
быстро. При неправильном регули-
ровании расхода мазута возможны
местные перегревы кладки муфеля.
Рис. 50. Муфельная печь на-
мазутном отоплении
Камерная печь с терморадиационными трубами. На рис. 51
показана камерная печь, в которой газ сжигается при помощи
инжекционных горелок внутри вертикально расположенных термо-
радиационных труб. Такие трубы изготовляют из жаростойких
Рис. 51. Камерная печь с терморадиациониыми трубами:
1 — заслонка; 2 — подъемный механизм; 3 — излучающие трубы; 4 — газовые горелки
хромоникелевых сталей. Диаметр труб и их количество зависят
от размеров и производительности печи. В данной конструкции
внутренний диаметр равен 70 мм, толщина стенок труб 8—15 мм.
Условия теплопередачи в таких печах значительно лучше, чем
в муфельных. Срок службы труб 1—2 года. Замена труб значи-
тельно проще, чем ремонт муфельной печи. Регулировка темпера-
169
туры осуществляется раздельным регулированием горелок. Вы-
ходящие из терморадиационных труб горячие продукты горения
направляют в рекуператоры, где подогревается воздух для сушил;
Камерные электрические печи. Преимущества камерных элек-
трических печей перед муфельными печами очевидны: атмосфера
в рабочей камере не содержит вредных для эмалевого покрытия
газов, поэтому качество обожженных изделий выше, чем в муфель-
ных печах; отсутствуют непроизводительные потери тепла с от-
ходящими газами; к. п. д. электрической камерной печи (25—30%)
Рис. 52. Камерная электри-
ческая печь
в несколько раз выше, чем муфельной; кладка электрической ка-
мерной печи длительное время не требует почти никакого ремонта.
Мощность электрических камерных печей, применяемых для
обжига эмалированной посуды, различна — от 90 до 180 кет.
На рис. 52 показана электрическая камерная печь. Размеры рабо-
чей камеры близки к размерам муфеля. Рабочая камера печи выпол-
нена из шамотного кирпича. Стены и свод печи изолируют легко-
весным шамотным кирпичом.и шлаковатой. Снаружи печь заклю-
чена в металлический корпус. Заслонка выполняется литой из
чугуна и футеруется шамотным или легковесным шамотным кир-
пичом. Подъем заслонки осуществляется электролебедкой или
пневматическим устройством. В качестве нагревателей применяют
нихром в виде ленты или проволочной спирали. На стенах
рабочей камеры на специальных крючках из жароупорной стали
подвешиваются ленточные нагреватели. В случае применения
проволочных спиралей их укладывают вдоль стен на фасонные
керамические выступы. На подкамеры ленточные нагреватели укла-
дывают зигзагообразно с прокладками между витками, а спираль-
ные нагреватели — параллельно друг другу. Чтобы предохранить
170
подовые нагреватели от соприкосновения с обжигаемыми изде-
лиями при случайных падениях посуды, на некоторых печах уста-
навливают решетку из жароупорной стали; чаще нагреватели
укладывают в углубленную футеровку пода.
Для обеспечения безопасных условий работы обжигальщика
подъем заслонки печи обычно блокируется с устройством вклю-
чения нагревателей; при подъ-
еме заслонки ток отключается и
вновь включается при опуска-
нии заслонки. Кроме того, ру-
коятка посадочной вилки вы-
полняется из не проводящего
электрический ток материала,
на пол кладется резиновый ков-
рик. Производительность элек-
трических камерных печей за-
висит от ассортимента обжигае-
мых изделий и составляет
200—300 кг!ч. Продолжитель-
ность обжига одной садки зави-
сит от температуры обжига, за-
грузки печи 'и составляет
3—6 мин.
Конвейерные печи. На круп-
ных эмалировочных производ-
ствах нашли применение печи
непрерывного действия — тун-
нельные или конвейерные. Кон-
вейеры на этих печах могут
быть подвесными и подподо-
выми. Наибольшее распростра-
нение получил подвесной кон-
вейер, подвижные части кото-
рого — ролики и натяжные
Рис. 53. Типы конвейерных печей:
а — сквозная прямая с одним кон-
вейером; б — сквозная прямая с двумя
линиями конвейера; в — П-образная;
а — сквозная с поднятой зоной обжига;
д — П-образная с поднятой зоной об-
цепи — находятся над сводом
печи вне зоны высоких темпе-
ратур.
Существуют конвейерные
печи нескольких типов. В сквоз-
ную конвейерную
(рис. 53,-а) изделия
жаются с одного конца,
обжига расположена в
гретыми обожженными
нет. Сквозная прямая
печь ««га
загру-
а снимаются с другого конца печи. Зона
середине печи; теплообмена между на-
и холодными необожженными изделиями
печь другого типа имеет два конвейера,
движение которых осуществляется навстречу друг другу.
В печи такой конструкции имеется две зоны теплообмена
(рис. 53, б).
171
Наиболее современны П-образные конвейерные печн (53, в).
Вход и выход конвейера находятся с одной стороны печи. В зоне
обжига осуществляется поворот конвейера. Конвейерные печи
с прямым и П-образным движением конвейера могут быть гори-
зонтальными или с поднятой зоной обжига (рис. 53, г, д).
В Советском Союзе наибольшее распространение получили»
П-образные конвейерные печи, имеющие ряд преимуществ перед
печами со сквозным прямым движением конвейера. Загрузка и
выгрузка производятся с одной стороны, что создает удобство для
организации поточной работы, сокращает размеры печей и длину
транспортирующих устройств; резко уменьшается подсос воздуха
в печь; распределение температур по высоте зоны обжига равно-
мернее, чем в прямой печи. Затраты на топливо и энергию при
П-образном движении конвейера на 20% меньше, чем при прямом
сквозном движении конвейера.
Внедрение эмалей с пониженной температурой обжига повы-
шает требования к более равномерному распределению темпера-
туры по высоте зоны обжига. Для этого в ряде случаев приме-
няют принудительную циркуляцию воздуха, внутри конвейерной
печи.
В качестве источника отопления для конвейерных печей при-
меняют газ, электроэнергию и реже жидкое топливо. Печи, рабо-
тающие на газе и мазуте, имеют муфели или оборудуются излу-
чающими трубами.
Конвейерные печи имеют следующие преимущества по сравне-
нию с камерными печами: одна конвейерная печь может заменить
8— 12 муфельных или электрических камерных печей; конвейер
позволяет механизировать процесс сушки и обжига эмалевых
покрытий. Число рабочих, занятых на обслуживании конвейер-
ной печи, в 2—4 раза меньше, чем на группе камерных печей той
же производительности. Сокращаются затраты на ремонт, топливо,
энергию, улучшается качество обожженных изделий. Поскольку
конвейерные печи требуют больших капитальных затрат, уста-
новка их целесообразна при крупных масштабах производства,
обеспечивающих непрерывную круглосуточную загрузку печей
[197, 199, 202, 203].
П-образная конвейерная печь с газовым обогревом. Печь пред-
ставляет собой туннель, перегороженный в зоне обжига раздели-
тельной стенкой. В этой зоне помещен муфель из шамотных или
карборундовых плит, который обогревается несколькими газо-
выми горелками. При использовании низкокалорийного газа уста-
навливается небольшое количество горелок, а в случае примене-
ния высококалорийного газа целесообразнее подачу топлива рас-
средоточить по всей длине зоны обжига, причем число газовых
горелок может быть до 13 на одну сторону зоны обжига. Наличие
большого количества горелок позволяет раздельно регулировать
температуру для каждой зоны обжига. Воздух к горелкам по-
дается по воздухопроводу от вентилятора. Такие конвейерные
172
печи оборудуются рекуператорами для подогрева воздуха; ИХ
можно устанавливать над печью и сбоку возле печи.
Горизонтальный свод печи, выполненный из фасонного кир-
пича, подвешивается на специальных фасонных балках. Одна
из таких печей показана на рис. 54. Производительность печи
•30—35 т!суткй. Скорость движения конвейера 2,5—4 м1мин.
П-образная электрическая конвейерная печь. Электрическая
конвейерная печь представляет собой П-образный туннель, внутри
которого движутся этажерки обжигового инструмента, подвешен-
ные на штангах к цепи конвейера. На рис. 55 показана горизон-
тальная П-образная конвейерная печь. Зона обжига разделена
кирпичной стеной на две части. На стенах зоны обжига на спе-
циальных крючках из жароупорной стали, а также на поду рас-
положены ленточные нагреватели (нихром марки Х20Н80, реже
Х15Н60). Нагреватели получают питание от сети переменного
тока напряжением 220 или 380 в. Нагреватели разбиты на секции,
соединенные на «звезду» или «треугольник». Мощность одной сек-
ции нагревателей 70—300 кет. Конвейер получает движение от
мотора. Свод печи горизонтальный, подвесной. Для прохода
штанг конвейера на своде печи вдоль всей ее длины имеется щель
шириной 80 мм, которая перекрывается металлическими пластй-
нами (чешуей), закрепленными и перемещаемыми вместе со штан-
гами. По всей длине щели на своде с обеих сторон ее имеются
обрамляющие стальные плиты для удержания сводового кирпича
на балках. Свод изолирован пеношамотом и шлаковатой. У входа
в печь имеется поперечная воздушная завеса. Для контроля за
тепловым режимом установлено пять термопар, спаи которых на-
ходятся на расстоянии 200—300 л<л< от нагревателей. Общая мощ-
ность нагревателей, установленных на такой печи, 1300—1400 кет.
Производительность печи 2000—2500 кг/ч обожженной посуды.
Скорость движения конвейера 4—6 м!мин.
На некоторых заводах существуют конвейерные печи с под-
нятой над уровнем пола на некоторую высоту зоной обжига —
«горбатые» печи (рис. 56). Основное отличие горбатой печи от
описанной выше заключается в устройстве конвейера. На гори-
зонтальной электрической печи этажерки обжигового инструмента
подвешиваются на две штанги, а в горбатой печи подвеска эта-
жерки осуществляется на одну штангу при помощи коромысла.
Такая конструкция конвейера усложняет работу печи, особенно
на участке подъема и опускания (вход и выход из печи). Свод
печи помимо обычной изоляции имеет металлический кожух с ас-
бестовой изоляцией для уменьшения выбивания воздуха через
щель в своде. Находящиеся под закрытой частью печи обрамляю-
щие плиты и ролики транспортера перегреваются и коробятся.
Это также затрудняет работу печи. На новых заводах такие печи
теперь не устанавливают.
В некоторых конструкциях конвейерных печей воздушные
завесы имеются не только у входа, но и внутри печи (рис. 57).
173
/1-/1
Рис. 54. Конвейерная печь на газовом обогреве
Рис. 55. Горизонталь-
ная П-образная элек-
трическая конвейерная
печь
У входа в печь воздушная завеса создается следующим образом:
воздух отсасывается сверху и подается снизу. В середине зоны
теплообмена засос и вдувание воздуха производятся через две
параллельно расположенные щели на поду печи. Возле 'зоны об-
жига воздух засасывается снизу, а подается сверху. Кроме того,
Рис. 56. П-образная электрическая конвейерная печь с поднятой
зоной обжига
у этой печи отсутствуют обрамляющие плиты у щели на своде
печи. Это достигается благодаря устройству свода из крупных
шамотных блоков, которые при помощи болтов и шайб из жаро-
упорной стали подвешиваются непосредственно к металлоконструк-
~1 — вентиляторы
дням печи (рис. 58). Общая мощность нагревателей 600 кет при
производительности 1,3 m/ч. Скорость движения конвейера регу-
лируется в пределах 2—6 м!мин.
Другая конвейерная печь с принудительной циркуляцией
воздуха в зоне теплообмена показана на рис. 59. Устройство
циркуляции воздуха внутри зоны теплообмена улучшает нагрев
изделий, идущих в зону обжига, и понижает температуру изделий,
выходящих из печи. Печь имеет три вентилятора низкого давле-
176
ния. Забор воздуха производится снизу из более горячей части
зоны теплообмена. Для удобства циркуляции потоков внутри
зоны теплообмена имеется металлическая перегородка. Произ-
водительность такой печи 1,2—1,5 т'ч эмалированных изделий.
Скорость движения конвейера 4 м!мин. Мощность нагревателей
500 кет.
Конвейерная печь с беспламенными горелками и подподов&м
конвейером. Печь (рис. 60) работает на природном газе, сжигание
которого производится при помощи беспламенных горелок инфра-
Рис. 58. Подвеска блоков свода на конвейерной печи
красного излучения. Каталитическое сжигание газа внутри
пористых керамических панелей позволяет отказаться от приме-
нения муфеля [204]. Необходимым условием получения эмале-
вого покрытия без дефектов является полное сгорание газа. Это
достигается правильным соотношением подачи газа и воздуха.
В продуктах сгорания не должно быть СО, Н2 и SO2. По данным
Института газа АН УССР, при обжиге грунта коэффициент из-
бытка воздуха должен быть а = 3,0, при обжиге эмали а = 2,0.
Продукты горения выводятся из печи через специальные борова.
Печь этой конструкции удобна для обжига плоских изделий.
Общая длина печи 11 м, наружная ширина 3,3 м, ширина рабо-
чего пространства 1 м. Скорость движения конвейера 2 м!мин,
производйтельность 700 кг!ч.
Температурный режим обжига изделий в электрических кон-
вейерных печах. На рис. 61 приведены графики обжига эмалирован-
ной посуды. Максимальная температура при обжиге грунта на
верхней полке этажерки 970° С, на нижней 930° С, для покровной
эмали соответственно 820—840° С. Замедленный подъем темпера-
туры нагрева изделий в зоне теплообмена вызван необходимостью
одновременной сушки изделий, покрытых шликером.
12 В. В. Варгин 177
Рис. 59. Конвейерная печь с принудительной циркуляцией воздуха
2420
о
Рис. 60. Конвейерная печь с подподовым конвейером:
] — воздухопровод; 2 — инжекционная горелка; 3 —подача
газа; 4 — излучающая панель; 5 — обжиговый инструмент;
6 — конвейер; 7 — дымоходы
Рис. 61. Графики обжига посуды в П-образной электрической
конвейерной печи:
а — обжиг грунта; б — обжиг эмали
1 — температура на верхней полке этажерки; 2 — температура на
нижней полке этажерки; I — V11I — участки зоны обжига
Мощность нагревателей на 1 м длины зоны обжига распреде-
лена неравномерно: там, где изделия более холодные, мощность
нагревателей больше; по мере прогрева изделий мощность нагре-
вателей уменьшается. При таком распределении мощностей до-
стигается быстрый подъем температуры в начале зоны обжига.
В табл. 21 приведен тепловой баланс для П-образной конвейер-
ной печи для обжига эмалированной посуды (см. рис. 55). Из таб-
лицы видно, что на нагрев обжигового инструмента расходуется
почти в два раза больше тепла, чем на обжиг посуды. Отсюда сле-
дует, что необходимо стремиться к уменьшению веса обжигового
инструмента. Значительная часть тепла непроизводительно расхо-
дуется на нагрев воздуха, выбивающегося через щель в своде печи.
Поэтому щель должна иметь минимальную ширину (50 мм) и
плотно перекрываться чешуей (пластинами).
Таблица 21
Тепловой баланс электрической конвейерной П-образной печи
Статья теплового баланса Зона тепло- обмена в ккал(ч Зона обжига в ккал[ч Всего
в ккал/ч В %
Приход тепла
От электронагревателей 125 500 1 044 000 1 169 500 73,5
От остывающей посуды 157 000 — 157 000 9,8
От остывшего обжигового инструмента 266 000 — 266 000 16,7
Итого 548 500 1 044 000 1 592 500 .100,0
Расход теп л а
На нагрев посуды 49 800 199 000 248 800 15,7
На нагрев инструмента 106 000 425 000 531 000 33,4
На испарение влаги нз шликера 61 400 — 61 400 3,8
Потери тепла:
через стены 11 342 14 732 26 074 1.6
через кладку свода 41 757 101 623 143 380 9,0
через чешую и арматуру свода 45 499 31 700 77 199 4,9
через под 6 400 3 340 9 740 0,6
с воздухом и неучтенные 226 302 268 605 494 907 31,0
Итого 548 500 1 044 000 1 592 500 100,0
Автоматическое регулирование температуры обжига. Для
удобства регулирования температуры обжига в конвейерных элек-
трических печах зону обжига разбивают на отдельные участки,
чаще всего на 4—5 участков. На каждом отдельном участкё зоны
180
обжига устанавливают термопару. Показания термопар регист-
рируются электронными потенциометрами. Регулирование тем-
пературы по отдельным участкам может осуществляться включе-
нием и выключением регистров данного участка вручную и авто-
матически. При автоматическом регулировании импульс от элек-
тронного потенциометра поступает на магнитное реле, которое
включает и выключает регистры. Этот способ регулирования тем-
пературы применяют и в электрических камерных печах.
Возможен и другой вариант регулирования температуры об-
жига — изменением скорости движения конвейера. В данном слу-
чае поддерживается постоянной температура на одном из участ-
ков зоны обжига. При понижении температуры ниже заданной
скорость движения конвейера автоматически уменьшается, а при
повышении температуры выше заданной она увеличивается.
Схема регулирования температуры следующая: импульс от
термопары поступает на электронный потенциометр ЭПП-120,
сблокированный с изодромным регулятором типа ИР-130. Изо-
дромный регулятор подает соответствующий сигнал на исполни-
тельный механизм, который меняет положение рычага регулиро-
вочного реостата. Последний связан с обмоткой мотора постоян-
ного тока. При изменении напряжения тока изменяется число
оборотов мотора, и через червячный редуктор происходит измене-
ние скорости движения конвейера. Недостаток этого варианта
регулирования температуры заключается в том, что при больших
скоростях движения конвейера резкое изменение загрузки кон-,
вейера в короткий промежуток времени вызывает изменение ско-
рости движения конвейера с некоторым запозданием и поэтому
происходит неполный обжиг или пережог посуды.
При работе на газовом отоплении также возможно автомати-
ческое регулирование температуры обжига. Для конвейерных
муфельных печей осуществляется раздельное регулирование тем-
пературы по отдельным участкам зоны обжига. Автоматическое
регулирование теплового режима печей на газовом отоплении
может производиться по следующей схеме: импульс от термопары,
установленной в рабочем пространстве печи, поступает на элект-
ронный потенциометр ЭПД-17; отсюда дается соответствующий сиг-
нал на исполнительный механизм ИМ 2/120, который изменяет
положение регулирующего (пробкового) газового крана. Данная
схема применима для инжекционных горелок радиационных труб.
Если в печи температура окажется выше заданной, потенциометр
дает команду на закрытие и включается запасная линия, обеспе-
чивающая минимальное горение газа.
Обжиг покрытий
Изделия, покрытые слоем шликера, после сушки подвергают
нагреванию в специальных эмалировочных печах до полного оп-
лавления эмалевого слоя и появления блеска. Этот процесс носит
название обжига.
181
Описание устройства эмалировочных печей приведено выше
(стр. 165).
Обжиг грунта и покровной эмали производят раздельно.
В процессе обжига расплавленные частицы грунтовой или эмале-
вой фритты взаимодействуют с частицами глины и другими мель-
ничными добавками, в результате чего образуется монолитный
слой грунтового или эмалевого покрытия. Грунтовой слой при
этом сцепляется с металлом, а покровная эмаль с нижележащим
слоем грунта или эмали. Режимы обжига грунта и эмали не оди-
наковы. От соблюдения установленного режима обжига в значи-
тельной степени зависит качество покрытия, его внешний вид,
прочность сцепления с металлом и т. д.
Перед обжигом покрытые шликером и высушенные изделия
обычно разбраковывают; изделия, имеющие дефекты покрытия
(подтеки шликера, утолщения, смазки, обнажение металла, цара-
пины и т. д.), к обжигу не допускаются.
При применений П-образных туннельных эмалировочных или
прямых печей с двумя встречными конвейерами иногда сушку
грунта осуществляют не в специальных сушилах, а непосред-
ственно в зоне подогрева печи. В этих случаях для обеспечения
качественного покрытия изделия после нанесения грунтового шли-
кера устанавливают на некоторое время на специальные подставки
вблизи от проходящего, еще не полностью остывшего конвейера.
При этом избыток шликера стекает с изделий, а оставшийся
на поверхности слой, потеряв часть влаги, становится неподвиж-
ным. Перед установкой загрунтованных изделий на конвейер их
тщательно осматривают и при обнаружении дефектов покрытия
либо подправляют, либо отбраковывают изделия для смывки и
повторного покрытия.
Для обжига изделия устанавливают или подвешивает на спе-
циальный обжиговый инструмент, который вместе с изделиями
вводится в печь. Производительность обжига в значительной
мере зависит от соотношения веса посадочного приспособления и
веса загружаемых изделий.
При прочих равных условиях чем меньше относительный вес
посадочного приспособления, тем выше производительность. По-
этому при конструировании посадочных приспособлений обычно
стремятся к максимальному снижению их веса и увеличению по-
лезной площади. Однако при этом посадочные приспособления не
должны деформироваться под действием высоких температур.
Наилучшим материалом для изготовления посадочного инструмента
являются жароупорные стали. Такой инструмент служит не-
сколько месяцев. Наиболее часто применяют жароупорные стали
Х18Н2С2, Х15Н60, Х20Н80, Х25 и др. [124 , 205].
Обжиг изделий в периодических печах чаще всего произво-
дится на специальных горизонтальных решетках (рамах), которые
иногда для удобства ремонта изготовляют в виде отдельных не-
больших секций. Для изготовления решеток применяется жаро-
182
упорная сталь в виде полос толщиной 3—6 мм, которые свари-
ваются между собой (рис. 62). Используют также профили фасон-
ного сечения: трехгранные бруски, круглые и овальные трубы
и т. д. Иногда при обжиге в периодических печах применяют
обжиговый инструмент из простой углеродистой стали, однако
срок его службы не превышает нескольких смен. После несколь-
ких часов работы он коробится, тупится и требует зачистки и за-
точки. Для продления службы такого инструмента и защиты изде-
лий от попадания окалины его периодически смазывают смесью,
состоящей, из шамотного порошка, глины и жидкого стекла.
Рис. 62. Элементы решеток
для обжига посуды: а — с но-
жами для обжига изделий на
борту; б — с ножами для
обжига изделий на дне;
в— с иглами
В зависимости от вида и размеров изделий решетки изготов-
ляют с разным шагом между полосами, к которым на определен-
ных расстояниях приваривают ножи, спицы, иглы и т. д. Для
их изготовления применяют специальные профили из жароупор-
ной стали: для ножей, например, полосовую, трехгранную и
Т-образную сталь и т. д.; для спиц и игл прутки диаметром 2—8 мм.
Высота игл обычно 30—100 мм.
Для удобства заточки, ремонта и замены ножей и игл их часто
делают съемными. Чтобы следы от инструмента были малозаметны,
ножи и иглы должны быть всегда хорошо заостренными. Иглы
и ножи периодически смазывают суспензией каолина для умень-
шения прилипания к ним эмали. При обжиге на ножах изделия
обычно устанавливают на борт, а при обжиге на шинах с иглами —
на дно.
Способ установки изделий и конструкция обжигового инстру-
мента должны обеспечивать отсутствие деформаций изделий при
рбжиге и минимальное количество следов от инструмента.
183
Поэтому для многих видов изделий применяют специальный инстру-
мент. Кастрюли, покрытые грунтом, устанавливают для обжига
обычно на двух параллельных ножах кверху дном, при этом на
бортах остаются следы в четырех точках. Тазы устанавливают
на ножи дном книзу, а небольшие изделия (кружки, воронки)
подвешивают за ручки на специальных крючках.
Покровную эмаль чаще всего обжигают на трех иглах или
спицах. Иногда тазы, миски и некоторые виды кастрюль обжи-
гают на ножах, причем изделия устанавливают таким образом,
чтобы они опирались на несколько ножей нижней частью борта.
Рис. 63. Загрузочная тележка
Периодически через двое-трое суток ножи заменяют для чистки
и заточки. Чистка ножей от окалины и приставшей эмали осу-
ществляется галтовкой в барабане либо пескоструйной обработ-
кой, а заточка — наждачными кругами. Изделия на решетку сле-
дует устанавливать с учетом максимального использования всей
ее площади; при этом необходимо, чтобы изделия не касались друг
друга и равномерно нагревались со всех сторон.
Для загрузки решеток в печи периодического действия при-
меняют специальные загрузочные устройства. Чаще всего они
представляют собой тележки, движущиеся по рельсам, вмонти-
рованным в пол (рис. 63). Тележка снабжена вилкой, на переднюю
часть которой устанавливается решетка. Перед вводом в печь
вилку вместе с решеткой при помощи специального устройства
вручную или механическим приводом приподнимают. В печи
вилка опускается, а решетка ложится на специальные подставки.
Затем вилку выводят из печи и закрывают дверку. Выгрузка из-
делий производится в обратном порядке. Загрузочное приспособ-
ление должно работать без толчков и вибраций, которые могут
вызвать смещение изделий, установленных на обжиговом инстру-
менте. Загрузку и выгрузку производят плавно, но достаточно
быстро, чтобы не охладить печь. Укладка изделий на решетку перед
184
обжигом осуществляется вручную; если решетка перед этим была
холодная, то ее предварительно нагревают в печи.
После выгрузки решетки из печи обожженным изделиям дают
немного остыть, а затем их снимают при помощи специальных крюч-
ков, вил и щипцов различной формы. Снимать горячие изделия
сразу после выгрузки решетки из печи не следует во избежание
их деформации, образования длинных волосовин у места соприкос-
новения изделий с обжиговым инструментом и следов от инстру-
мента, которым производился съем. Снимать горячие изделия сле-
дует осторожно, в вертикальном направлении, не протягивая по
иглам и ножам и не допуская слипания их между собой.
В конвейерных печах применяется обжиговый инструмент в
виде съемных этажерок с двумя или тремя полками (рис. 64).
На каждой полке имеются ножи или иглы (спицы), которые можно
заменять без съема этажерки. Последняя крепится крючками
к поперечным планкам, приваренным к штангам конвейера. На
верхние полки устанавливают обычно более крупные изделия, а
на нижние — более мелкие. Укладку изделий начинают с верх-
ней полки, чтобы избежать осыпания или стекания эмали на изде-
лия, устанавливаемые ниже. Непрерывно ведут осмотр обжиго-
вого инструмента, производят чистку и замену покоробленных
игл и ножей.
Особое внимание обращают на контроль температуры и про-
должительность обжига. Для контроля температуры применяют
хромель—алюмелевые или никель—нихромовые термопары, заклю-
ченные в фарфоровый или металлический кожух, и гальванометры
с самопишущими приборами. На более крупных современных
заводах печи оборудуются устройствами для автоматического ре-
гулирования температуры. Температура обжига в основном оп-
ределяется составом эмали. Грунты обычно обжигают при темпе-
ратурах 860—940° С, эмали — на 30—40° ниже. В последнее время
некоторые иностранные фирмы начали применять более легко-
плавкие грунты с температурой обжига 780—820° С, при этом
покровные эмали обжигают при температуре 750—800° С.
Продолжительность обжига зависит от температуры, коли-
чества и размеров изделия, толщины металла, веса обжигового
инструмента и конструкции печи, определяющей скорость подъема
температуры. Обычно продолжительность обжига грунтового
покрытия кухонной посуды в периодических печах при толщине
металла 0,4—0,5 мм при температуре 900° С составляет 3,5 мин,
эмали при температуре 830—850° С — 3—4 мин.
Часто применяют специальные реле времени, которые звуко-
выми или световыми сигналами сообщают об истечении установ-
ленного времени обжига.
Обжиг грунта. Обжиг грунта представляет собой сложную
совокупность многих химических и физико-химических процессов.
Наряду с размягчением и оплавлением покрытия происходят
окисление металла, взаимодействие окислов железа с расплавом,
185
Рис. 64. Этажерки для обжига изделий в конвейерной печи:
1 — штанга; 2 — полка; 3 — игла
186
сцепление грунтового слоя с металлом, окислительно-восстанови-
тельные процессы и т. д. При обжиге грунта особое значение имеет
кислород воздуха. Известно, что чистая неокисленная поверх-
ность металла не смачивается расплавами грунтовых эмалей.
Кроме того, процесс сцепления грунтового слоя с металлом осу-
ществляется только в присутствии кислорода. Таким образом,
для того чтобы окислилась поверхность металла и обеспечивалось
хорошее растекание расплава эмалей, а также создавались усло-
вия для сцепления грунта металлом, обжиг грунта должен про-
изводиться только в окислительной атмосфере.
Процессы, происходящие при обжиге грунта, обычно делят
на две группы. К первой группе относятся процессы, происходя-
щие от начала нагревания изделия до начала оплавления грунта;
ко второй — процессы, происходящие во время оплавления грун-
товой эмали до окончания процесса обжига [1, стр. 236]. В на-
чальный период нагревания из эмалевого слоя испаряется влага,
не удаленная во время сушки. При продолжении нагревания от
500° С и выше из глины выделяется конституционная вода. При
этом глина дает усадку, в результате чего в эмалевом слое обра-
зуется множество трещин, увеличивается пористость покрытия.
Создаются благоприятные условия Для свободного доступа ки-
слорода к поверхности металла. При окислении металла образуется
окисный слой, состоящий в основном из -закиси железа FeO и
закиси-окиси Fe3O4. Соотношения между различными окислами,
их количество и строение окисного слоя зависят от продолжитель-
ности и температуры обжига, состава грунтовой эмали, а также от
окисляемости стали под эмалевым покрытием, которая, в свою
очередь, определяется химическим составом и структурой металла
[3, стр. 203—214). При более высоких температурах обжига на-
чало оплавления эмали и прекращение свободного доступа ки-
слорода к поверхности металла наступает быстрее, чем при низ-
ких температурах. При этом в первом случае окалины образуется
меньше, чем во втором, и в составе ее преобладает закись железа
FeO.
Заметное влияние на окисление стали в процессе обжига ока-
зывают также плавкость грунтовой эмали и тонина помола. Лег-
коплавкие грунты быстрее оплавляются, чем тугоплавкие; при
грубом размоле грунт дольше остается неопдавленным, чем при
более мелком. Таким образом создаются различные условия для
доступа кислорода к поверхности металла, а следовательно, и
окисления стали в процессе обжига. Окисление стали в некоторой
степени зависит также от мельничных добавок (кварц, глина, по-
левой шпат, бура и т. д.), вводимых в грунтовой шликер [1,
стр. 237].
Применение никелевой обработки с осаждением слоя метал-
лического никеля на поверхность изделия уменьшает окисление
стали при обжиге. Зная влияние указанных выше факторов, можно
регулировать степень окисления стали в процессе обжига
187
в желаемом направлении с целью получения качественного грун-
тового покрытия.
Первый период обжига, при котором происходит образование
окисного слоя на поверхности металла, обычно заканчивается
через 1—2 мин после начала обжига. Затем начинается второй
период, при котором протекают процессы в расплавляющемся
слое эмали и на границе железо—эмаль. При дальнейшем нагре-
вании начинают плавиться соли, находившиеся в растворенном
виде в шликере. Грунтовой слой спекается, а затем начинает
оплавляться, причем постепенно снижается вязкость грунта.
В этот момент прекращается свободный доступ кислорода к по-
верхности металла. Одновременно происходит интенсивное вы-
деление газов из металла и газов, образующихся в зоне контакта
грунта с металлом в результате раскисления Fe2O3 и Fe3O4 и взаи-
модействия углерода металла с некоторыми компонентами эмали:
С + МеО = СО + Me;
С + МеО2 = СО2 + Me.
Кроме того, продолжается обезвоживание глины и взаимодей-
ствие выделяющейся воды с железом:
Fe + Н2О = FeO + Н2.
Образующийся при этом водород частично удаляется из грун-
тового слоя, а частично растворяется в металле. В дальнейшем
этот водород может служить причиной возникновения таких
дефектов покрытия, как «рыбья чешуя», пузыри и уколы.
Удаление газов после начала оплавления грунта сильно за-
трудняется, так как газам приходится прорывать вязкий грунто-
вой слой. Чем выше вязкость грунтового расплава, тем труднее
газам прорывать слой грунта и тем в большие пузыри они должны
собираться.
Если поверхностное натяжение и вязкость расплава велики,
поверхность металла долго остается оголенной, в связи с чем в ме-
стах прорыва газов интенсивно окисляется металл. При даль-
нейшем повышении температуры и понижении вязкости покрытия
места прорыва заливаются грунтом, но вследствие пересыщения
окислами железа в этих местах появляются прогары, поры и
другие дефекты.
Если в процессе обжига обеспечивается быстрое понижение
вязкости эмалевого расплава, газообразование и газовыделение
развиваются быстро и успевают закончиться до момента оконча-
ния обжига. В этом случае грунт гладко растекается по поверх-
ности стали. В процессе обжига грунта частично растворяются
также мельничные добавки в расплаве.
Во втором периоде обжига особо важное значение имеют реак-
ции формирования промежуточного ' сцепляющего слоя -. [3,
стр. 482—502], определяющие прочность сцепления грунтового
188
покрытия с металлом. Для получения хорошего.сцепления необ-
ходимо, чтобы в процессе обжига вся окалина, образовавшаяся
в первый период, растворилась в эмалевом расплаве.
Для обеспечения нормального протекания всех процессов,
происходящих при обжиге грунта, необходимы правильный вы-
бор и строгое соблюдение установленного режима обжига. Откло-
нение от заданного режима обжига всегда приводит к наруше-
ниям тех или иных процессов и к появлению дефектов покрытия.
Так, например, при низкой температуре обжига процессы оплав-
ления грунта происходят медленно, вследствие чего на поверх-
ности металла образуется много окалины, которая не может быть
полностью растворена расплавом грунта. В результате этого
значительно понижается прочность сцепления. Кроме того, при
низкой температуре поверхностное натяжение и вязкость грунта .
слишком велики, что, как было указано, приводит к образованию
дефектов на готовом покрытии. При высокфй температуре обжига
происходит «выгорание» грунта, появление так называемой шагре-
невой кожи — вскипания грунтового покрытия вследствие бы-
строго возникновения газонепроницаемого слоя оплавленного
грунта — и других пороков.
Грунты, содержащие окись кобальта, при правильно прове-
денном обжиге имеют серо-черный цвет и хороший блеск. При недо-
жоге покрытия имеют синевато-серую окраску и матовую поверх-
ность, а при пережоге грунт окрашивается окислами железа и
приобретает грязно-зеленый цвет.
Грунты, содержащие только закись никеля, при различных
режимах обжига мало меняют свою окраску и обычно во всех
случаях окрашены в коричневый цвет. Режим обжига в значи-
тельной степени зависит от состава применяемого грунта, поэтому
для каждого состава выбирается соответствующий режим обжига.
Наиболее различаются между собой по составу и свойствам
борные и безборные грунты. Следовательно, и режимы обжига
этих грунтов также должны быть различными.
Работами Азарова и некоторых других исследователей уста-
новлено, что к характерным особенностям безборных грунтов
относятся их малая по сравнению с борными грунтами степень
изменения вязкости при нагреве, большое поверхностное натя-
жение и слабая способность растворять окислы железа. Установ-
лено, что даже в тех случаях, когда температуры начала размяг-
чения борных и безборных грунтов совпадают, температура конца
оплавления у безборных грунтов всегда выше, чем у борных.
Кроме того, при растворении окислов железа в борных грунтах
вязкость расплава понижается, что способствует наряду с низ-
ким поверхностным натяжением быстрому удалению из расплава
образующихся газов и хорошему растеканию грунта по поверх-
ности металла. При растворении окислов ' железа в безборных
грунтах вязкость последних повышается. Поэтому выход газов
из безборного расплава затрудняется, что приводит к укрупнению
189
пузырей газа, прорывающих слой грунта. Наряду сэтим большие
силы поверхностного натяжения расплава препятствуют заполне-
нию эмалью мест выхода пузырей газа, и наоборот, растягивают
грунт в местах прорыва газа, обнажая таким образом отдельные
участки металла. При этом происходит дополнительное интенсив-
ное окисление стали, и безборный расплав, обладающий слабой
способностью растворять окислы железа, перенасыщается ими.
Этим объясняется появление большого количества дефектов
(прогаров, пузырей и уколов) на безборных грунтах, обожжен-
ных при температурах, принятых для обжига борных грунтов.
Обжиг безборных грунтов обычно проводят при температурах
порядка 880—920° С, чтобы быстрым достижением температуры
начала оплавления грунта воспрепятствовать образованию боль-
шого количества окислов железа, а также быстрее пройти область
температур высокой вязкости, затрудняющей свободное удале-
ние из расплава выделяющихся газов.
Обжиг эмали. Обжиг эмали, нанесенной по грунту или по
предыдущему эмалевому слою, представляет в основном процесс
оплавления эмалевого слоя и соединения его с нижележащим
слоем грунта или эмали. До оплавления эмали происходит выде-
ление гигроскопической и конституционной воды и пузырьков
воздуха, а при дальнейшем нагревании — плавление солей в са-
мой эмали.
Одновременно с расплавлением эмали размягчается грунт,
благодаря чему эмалевый слой прочно сплавляется с ним. Для
того чтобы при оплавлении эмали грунт только размягчился,
необходимо, чтобы температура обжига эмали была ниже темпе-
ратуры обжига грунта. При использовании слишком легкопла-
вкого грунта, температура обжига которого близка к температуре
обжига эмали, возможно проплавление грунта в покровную эмаль.
Если грунт чрезмерно тугоплавок, эмаль с грунтом не сплавляется.
В процессе обжига эмали должны быть созданы условия для
получения максимального глушения и блеска эмалевого покры-
тия. Для этого требуется определенное время и соответствующий
температурный режим обжига. Во многих случаях максимальное
глушение достигается через 1,0—1,5 мин после оплавления эмали
и появления блеска. Недопустимы недожог и пережог эмалевого
покрытия. При недожоге эмаль имеет матовую поверхность, ино-
гда с порами и пузырьками. Титановая эмаль при этом приобре-
тает серо-голубой оттенок. При пережоге часто изменяется окраска
цветных эмалей, понижается степень глушения эмали за счет
растворения выделившихся частиц глушителя в расплаве. Тита-
новые эмали при пережоге и при высокой температуре обжига
вследствие выделения ТЮ2 в форме рутила приобретают кремо-
вую окраску. Высокая степень белизны и блеска титановых по-
крытий достигается обычно при температуре обжига 800—820° С.
Большое влияние на качество эмалевых покрытий оказывает
присутствие в атмосфере печи паров воды, СО2 и в особенности SO2.
190
При взаимодействии с SO2 на поверхности эмалевого, слоя обрй-
зуется матовая пленка сульфитов или сульфатов щелочных метал-
лов. Иногда пленка образуется не сразу после обжига, а через
некоторое время при хранении изделий.
Правка. В процессе обжига под действием высокой температуры
может происходить деформация изделий. Особенно легко дефор-
мируются тонкостенные изделия. Чаще всего деформация проис-
ходит из-за неправильного выбора обжигового инструмента,
небрежной установки изделий и провисания их в процессе обжига
и т. д. Причинами деформации могут также быть неравномерное
нагревание изделий и низкое качество применяемого металла. При
высоких температурах обжига деформация изделий усиливается.
Из посудных изделий наиболее часто деформируются крышки
кастрюль, кастрюли больших размеров и некоторые другие из-
делия .
Для придания эмалированным изделиям первоначальной формы
их подвергают правке в горячем состоянии. Остывшие изделия,
на которых эмалевое покрытие затвердело и стало хрупким, пра-
вить нельзя, так как при этом на эмали появляются трещины.
Нельзя также править изделия сразу же после выгрузки из печи,
когда температура их равна 700—800° С. Вязкость эмали при этих
температурах сравнительно невелика, в результате чего на покры-
тии остаются следы от приспособлений и подставок, применяемых
при правке. Обычно правку производят при снижении температуры
изделий до 400—500 °C. При этих температурах эмаль еще
не полностью затвердевает и может подвергаться пластическим
деформациям.
Для правки изделия снимают с решетки и устанавливают на
стальную плиту, покрытую слоем асбеста, предохраняющего от
быстрого охлаждения. На изделия вручную осторожно опускают
приспособление для правки соответствующей формы. Правильные
приспособления изготовляют из стали, снабжают длинной руч-
кой. В приспособлениях для правки полых изделий (ведер, ка-
стрюль) предусматриваются отверстия для выхода горячего воз-
духа. Перед правкой изделий правильные приспособления обычно
подогревают.
Коробления изделий можно почти полностью избежать, устра-
нив причины возникновения. Поэтому при отлаженном режиме
обжиг изделий в большинстве случаев успешно ведут без правки
и пользуются ею лишь в отдельных случаях. При этом деформиро-
ванные изделия перед правкой подвергают повторному нагреву
в камерных печах.
I '
Декорирование
Посуду декорируют после обжига. При нанесении рисунка
или надписи на высушенное, но необожженное покрытие, изоб-
ражение после обжига получается расплывчатым.
191
Эмали для декорирования посуды должны иметь Сочйые
яркие цвета, температура обжига их должна быть ниже, чем
у покровной эмали.
Художественные эмали приготовляют из обычных покровных
эмалей с соответствующими добавками пигментов, и они должны
быть тонко измельчены (тонина помола 0—3 по измененному
методу Сабанина).
Иногда для нанесения рисунка пользуются керамическими
красками, применяемыми при декорировании фарфора и фа-
янса. Керамические краски представляют собой легкоплавкие
цветные стекла, содержащие соответствующие красители. Эти
краски тонко измельчают в фарфоровой шаровой мельнице (оста-
ток на сите № 006—10 000 отв!см? — не более 0,2%; для селено-
кадмиевых — не более 0,03%), а перед употреблением дополни-
тельно растирают со скипидаром и связывающими веществами на
стеклянной плитке.
Для усиления кроющей способности в керамические краски
добавляют 10—30% пигментов.
Иногда в качестве связывающих веществ применяются легко-
плавкие органические смолы,воск и др.,выгорание которых насту-
пает раньше плавления керамических компонентов и происходит
без остатка золы.
Керамические краски с легкоплавкими добавками называются
термопластичными. Температура плавления термопластичных кра-
сок 60—90° С. Краска наносится в нагретом состоянии на холод-
ное изделие [2061.
Рисунок для декорирования посуды должен быть четким,
с небольшим количеством цветов, легко выполнимым при массо-
вом производстве.
Существуют различные способы декорирования эмалирован-
ной посуды. Рисунок наносят при помощи ручной росписи, штем-
пельной печати, методами декалькомании и шелковой сетки
(шелкографии), фотометодом и пульверизацией. Каждый из этих
способов нанесения рисунков можно применять в отдельности и
в сочетании с другими.
Ручная роспись. Этот способ требует большой затраты рабо-
чего времени и высокой квалификации исполнителя.
Ручной росписью выполняют отдельные художественные ри-
сунки на изделиях, а также наносят на изделие кайму, отдельные
полоски или окантовку. При массовом выпуске художественной
посуды этот способ нанесения рисунка на изделие не нашел широ-
кого применения вследствие низкой производительности труда.
Лишь при оформлении ювелирных изделий широко применяют
ручную роспись.
Печатание штемпелем. Сущность нанесения рисунка при по-
мощи резиновых штампов (клише) заключается в следующем:
к изделию прикладывают резиновый штамп, покрытый цветной
эмалью или литографской краской. После снятия штампа на изде-
192
Лии остается оттиск рисунка. Форма штампов бывает различной:
плоской, выпуклой и в виде роликов. Усовершенствованный на
одном из отечественных заводов способ печатания клише поз-
воляет наносить на изделия многоцветные рисунки. На резиновое
клише с выпуклым рисунком при помощи резинового валика на-
носят тонкий слой литографской краски, затем изделие прокаты-
вают по клише. Полученный оттиск при помощи мягкой кисти
припудривают керамической краской. Можно различные части
рисунка припудривать красками разных цветов, а также получать
разнообразные оттенки путем нанесения на один и тот же участок
рисунка последовательно двух разных красок. Избыток краски
удаляют ватным тампоном, затем закрепляют рисунок, обжигая
изделие при температуре 780—820° С. Расход краски на рису-
нок площадью 20—30 см2 составляет 40—60 мг, толщина слоя
краски 5—6 мкм. За смену рабочий наносит оттиск на 3—4 тыс.
изделий.
Штампы находят широкое применение при маркировке эма-
лированной посуды. Для штемпельной печати используют цвет-
ные эмали, а также мастику, приготовленную с добавлением солей
кобальта (например, на 1 л воды берут 50—60г плиточного столяр-
ного клея и 100—200 г хлористого кобальта).
Декалькомания. Этот способ широко применяется в фарфорово-
фаянсовой промышленности. Декалькомания, или декель,^ способ
получения рисунка путем перевода печатных картинок с бумаги на
изделие с последующим обжигом. По раскраске рисунки могут
быть многоцветными; изготовление их производится типограф-
ским способом с применением керамических красок. Для эмали-
рованных изделий деколь пока используют редко, но он может
найти широкое применение при механизированном способе пере-
вода рисунка на изделие и подборе соответствующих красок и
флюсов. Технология декалькомании та же, что и при декорирова-
нии фарфоровых или фаянсовых изделий. На поверхность обож-
женного эмалированного изделия наносят тонкий слой мастики,
состоящей из скипидара (100 мл} и канифоли (40 г). Канифоль
предварительно растворяют в скипидаре при температуре 70° С.
После нанесения мастики изделие сушат 15—20 мин до образова-
ния вязкой пленки. Напечатанный на бумаге рисунок замачивают
в течение нескольких минут в воде и накладывают на поверхность
изделия, смазанную мастикой. Через 3—5 мин осторожно удаляют
бумагу. Рисунок промывают сначала водой с добавкой небольшого
количества раствора аммиака, затем чистой водой. Перед обжигом
рисунок необходимо высушить. Изделие нагревают до темпера-
туры 480—500° С в течение 2,5—3 мин для удаления органических
веществ. Обжиг изделия проводят при температуре 825° С в те-
чение 2 мин.
Фотометод. На декорированную поверхность наносят свето-
чувствительный слой, на котором различными способами полу-
чают изображение, закрепляемое затем обжигом. Применяют
13 в, В. Варгин 193
позитивные и негативные светочувствительные эмульсии. Пози-
тивную эмульсию готовят из двух растворов.
Первый раствор Второй раствор
Вода ..............
Декстрин ..........
Сахар .............
100 мл Вода ..........100 мл
11—12 а Двухромовокислый
9 г калий ................... 10 а
Перед употреблением оба раствора смешивают и на каждые
10 мл смеси добавляют две капли раствора аммиака.
Негативную светочувствительную эмульсию готовят из 50 мл
отстоявшегося и отфильтрованного куриного белка и 70 мл рас-
твора бихромата калия (За КгСг2О7 на 100 лм воды). Затем добав-
ляют несколько капель раствора аммиака и еще 30 мл раствора
бихромата калия той же концентрации. Светочувствительный
раствор должен храниться в темноте [54, стр. 3201.
Получение изображения на позитивном слое состоит в следую-
щем. На поверхность изделия тонким слоем наносят эмульсию и
сушат в течение 30—50 мин при комнатной температуре; затем
накладывают позитив и освещают дуговой лампой мощностью
500 вт, установленной на расстоянии 230 мм от поверхности изде-
лия, в течение нескольких минут. Время экспозиции устанавливают
опытным путем. В местах, куда попадает свет, эмульсия становится
задубленной вследствие разложения двухромовокислых солей и
образования трехвалентного хрома, который энергично отнимает
воду от коллоидных частиц. После облучения пленку припудри-
вают надглазурной керамической краской при помощи кисточки,
излишек краски осторожно удаляют кистью или ватой. На за-
дубленных местах краска не задерживается. Затем изделие обжи-
гают при температуре 780—820° С в течение 2—2,5 мин.
Для получения этим способом сложных изображений, например
портретов, светочувствительный слой наносят сначала на тща-
тельно обожженную стеклянную пластинку, сушат, экспонируют,
припудривают керамической краской и после удаления излишков
краски покрывают коллодиевым раствором, который образует
пленку. Состав коллодиевого раствора следующий (в мл):
Медицинский коллодий ....................... 50
Спирт .......................................20
Эфир ........................................30
Касторовое масло ............................ 1
После сушки изделие погружают в воду, пленку отделяют от
стеклянной пластинки (под водой) и переносят на изделие, кото-
рое сушат и затем обжигают сначала 2,5—3 мин при 500° С и
окончательно 2 мин при 800—825° С.
Негативный способ состоит в следующем. После нанесения и
сушки светочувствительной эмульсии и экспонирования через
негатив на светочувствительный слой резиновым валиком наносят
тонкий слой литографской краски. Затем изделие опускают на
несколько минут в воду, при этом фотослой вместе с литограф-
194
ской краской легко удаляется с незадубленных мест. Изделия
сушат в течение 10—15 мин, после чего изображение припудри-
вают керамической краской и обжигают при температуре 780—
820° С в течение 2—5 мин.
Метод шелковой сетки. Этот способ может быть применен для
получения как одноцветного, так и многоцветного рисунка. На
металлическую рамку натягивают шелковую ткань, к которой при-
крепляют трафарет, изготовленный из бумаги, пластмассы или
металлической фольги. Сетку с трафаретом прижимают к изде-
лию. При помощи резинового валика выдавливают эмаль или ке-
рамическую краску через сетку на изделие. В тех местах, где на-
ходятся вырезы в трафарете, на изделии остается оттиск. Приме-
няя несколько сеток с различными трафаретами, можно нанести
сложный рисунок.
Механизированный способ нанесения рисунка при помощи
шелковой сетки широко применяется за рубежом. Известна
машина для печатания этим способом рисунка на тарелках. Прин-
цип ее работы заключается в следующем: декорируемое изделие
закрепляют на вертикальном штоке, который вместе с изделием
поднимается кверху и прижимается к сетке с трафаретом. По сетке
по кругу вращается резиновый ролик, выдавливая краску через
натянутую шелковую сетку. Ролик получает движение от меха-
низма и обычно он проходит по трафарету один раз, так как при
повторном проходе рисунок портится. Сетка натянута так, что
после прохода ролика она отходит от изделия.
Электростатическая печать. Заслуживает внимания бес-
контактный способ нанесения рисунка на изделия [206]. Между
трафаретной формой с находящейся в ней сухой тонкоизмельчен-
ной краской и изделием создается электростатическое поле,
под действием которого краска переносится через свободные
участки трафарета на изделия. Процесс высокопроизводителен,
но требует сложного и дорогого оборудования. В литературе
имеется лишь указание о перспективности способа, практичес-
кого применения он, по-видимому, пока не получил.
Пульверизация. Способ нанесения рисунков пульверизацией
по трафарету при декорировании эмалированных изделий полу-
чил наиболее широкое распространение, так как в отличие от
других способов он прост и производителен. К изделию прижи-
мают трафарет и при помощи пульверизатора наносят тонкомо-
лотую эмаль на незащищенные трафаретом места. Способом пуль-
веризации можно получать многоцветные рисунки.
При нанесении рисунка пульверизацией применяют поточный
способ. В один ряд устанавливаются несколько пульверизацион-
ных камер (по числу наносимых цветов). В первой камере наносят
через трафарет эмаль одного цвета, затем после непродолжитель-
ной сушки изделие поступает во вторую камеру, где наносят через
другой трафарет эмаль другого цвета и т. д. Распыление эмалевого
шликера производится ручными пульверизаторами со стаканчи-
13* 195
ками емкостью 0,5 л. Типы применяемых пульверизаторов раз-
личны; при их подборе следует учитывать, что большое рассея-
ние эмали за пределы трафарета недопустимо. Применяют писто-
леты-пульверизаторы типа КР-10 и 0-45 и др. Эмалевый шликер
распыляется сжатым воздухом под давлением 2—4 ат. Перед по-
ступлением в пульверизаторы сжатый воздух следует очистить от
масла в специальных маслоотделителях. Устройство пульвери-
зационной камеры (рис. 68) такое же, как и камер для нанесения
эмали.
Трафареты для нанесения рисунков методом пульверизации
изготовляют из бумаги, пластмассы, пленки и из металлической
фольги (алюминия, железа). Наиболее прочны и долговечны ме-
таллические трафареты, изготовляемые выпиливанием лобзиком,
штамповкой и методом фотоэлектрохимического гравирования.
На участке для художественного оформления эмалированных
изделий должно быть установлено следующее оборудование:
установки с пульверизаторами и вытяжными камерами, стеллажи
для установки декорированной посуды на сушку перед обжигом,
печи для обжига изделий. Каждое рабочее место у пульвериза-
ционной установки обслуживается двумя рабочими — трафарет-
чиком и его помощником. Трафаретчик наносит при помощи пуль-
веризатора рисунок, помощник подготовляет изделия и трафа-
реты. Трафареты необходимо периодически мыть и сушить. Для
нанесения рисунка в несколько цветов можно организовать де-
корирование по потоку: на одном рабочем месте наносится одна
расцветка эмали, на другом — другая расцветка и т. д. Передача
изделий с одного рабочего места на другое происходит при помощи
поворотного стола. Возможен и другой вариант нанесения рисунка,
когда на одном рабочем месте находятся несколько трафаретов
и пистолетов-распылителей, т. е. рисунок полностью наносится на
одном рабочем месте. В этом случае необходимо после каждого
опыления обдувать изделие теплым воздухом.
После нанесения рисунка его осматривают и, если необходимо,
подправляют в отдельных местах вручную. Затем декорируемое
изделие проходит непродолжительную сушку и обжиг.
Сортировка и упаковка посуды
Готовые посудные изделия подвергаются сортировке в соответ-
ствии с требованиями ТУ РСФСР 427—59. Дефекты на эмалирован-
ных изделиях в большинстве случаев выявляются после обжига
покровной эмали, поэтому внешнему осмотру подвергаются все
изделия.
Не менее двух изделий каждого вида от партии посуды подвер-
гают проверке на механическую прочность, термическую устой-
чивость, коэффициент диффузного отражения (белизну) и хими-
ческую устойчивость. Методы испытания этих свойств описаны
в гл. VIII.
196
При небольших объемах производства посуду сортируют на
столах, к которым изделия доставляются на тележках; после
рассортировки и наклейки сортовых марок посуду транспорти-
руют на участок упаковки. При больших объемах производства
для подачи посуды к рабочим местам сортировщиков применяются
ленточные транспортеры. При конвейерном способе сортировки
увеличивается производительность труда сортировщиков.
Рабочие места должны быть хорошо и равномерно освещены,
лучше применять лампы дневного света. Сортировщики посуды,
осмотрев изделие, кладут в него сортовую марку, на которой дол-
жен быть нанесен товарный знак завода-изготовителя, сорт
изделия и номер сортировщика ОТК. Сортовую марку приклеи-
вают ко дну изделия раствором декстрина.
Упаковка готовой продукции должна обеспечивать ее сохран-
ность при транспортировке. В зависимости от места назначения
посуду упаковывают в бумажные пакеты, картонные коробки
или в деревянные ящики. Для упаковки используют стружку или
солому, которую прокладывают между изделиями, обертывая их
выступающие части. В каждый пакет или ящик вкладывают
упаковочный ярлык, в котором указано наименование завода-
изготовителя, вид, артикул, сорт и количество изделий, номер
упаковщика и дата упаковки. На наружную сторону ящиков
несмываемой краской наносят надпись: «Осторожно — эмаль!».
3. БЫТОВАЯ ГАЗОВАЯ АППАРАТУРА И ХОЛОДИЛЬНИКИ
Отечественная промышленность выпускает в большом коли-
честве разнообразную газовую бытовую аппаратуру: кухонные
плиты различных конструкций, водонагревательные приборы,
кипятильники, отражательные печи и т. д. Широкое применение
получили домашние холодильники, стиральные машины и другие
приборы. Все указанные изделия. представляют собой сборные
конструкции, состоящие из отдельных стальных деталей преиму-
щественно простых геометрических форм. В некоторых конструк-
циях плит имеются также чугунные детали (решетки стола, кон-
форки, горелки и др.).
Для придания изделиям красивого внешнего вида и защиты
металла от коррозии большинство деталей эмалируют. Наруж-
ные детали обычно покрывают эмалями светлых тонов, внутрен-
ние — одним' лишь грунтом или «рябчиковой» эмалью. Отдельные
детали плит покрывают черной или цветными эмалями.
Технологический процесс эмалирования стальных деталей
бытовых приборов принципиально мало отличается ' от процесса
эмалирования посуды. Однако имеются специфические особенно-
сти, обусловленные размером и формой эмалируемых деталей,
а также требованиями, предъявляемыми к ним условиями сборки
и эксплуатации. Эмалирование чугунных деталей ведется ана-
логично эмалированию чугунной посуды (стр. 377).
197
Изготовление деталей
Детали газовой аппаратуры и холодильников изготовляют
в основном из тонколистовой стали методом холодной штамповки.
Для производства газовой аппаратуры и холодильников на оте-
чественных заводах применяют холоднокатаную малоуглероди-
стую сталь марок 08кп и Юкп. В отдельных случаях для внутрен-
них деталей, покрываемых только грунтом или «рябчиковой»
эмалью, используют малоуглеродистую декапированную или горя-
чекатаную сталь.
При выборе формы и конструкции отдельных деталей чаще
всего отдают предпочтение наиболее простым формам, что зна-
чительно сокращает процесс изготовления деталей. Эмалирование
простых по форме деталей позволяет широко применять механиза-
цию на всех операциях технологического процесса.
Толщина металла выбирается в каждом отдельном случае
с учетом конфигурации, габаритов и условий эксплуатации дета-
лей, а также особенностей технологического процесса. Толщина
металла для разных деталей составляет 0,6—3 мм.
Детали, несущие нагрузку в процессе эксплуатации изделия,
изготовляют из более толстого металла. Большинство деталей
(внутренний шкаф холодильника, кожух водогрейной колонки
и т. д.) изготовляют из металла толщиной 1,2—1,5 мм. Облицо-
вочные детали могут быть изготовлены из более тонкого металла,
если при обжиге обеспечивается сохранение их формы. При выборе
толщины металла для той или иной детали необходимо учитывать
условия ее обжига. Например, если обжиг производится на гори-
зонтальных решетках, то во избежание деформации для изготов-
ления деталей приходится применять более толстый металл. При
обжиге в вертикальном или наклонном положении для тех же
деталей может быть использован более тонкий металл.
Для увеличения жесткости плоских деталей производят отбор-
товку или применяют специальное профилирование. Это позво-
ляет уменьшить толщину металла без снижения прочности детали
и избежать коробления при обжиге.
При наличии в деталях больших отверстий или окон, ослаб-
ляющих прочность конструкции, кромки отверстий обычно также
отбортовывают или выполняют вокруг отверстий профилирова-
ние. Размещение отверстий вблизи неотбортованных кромок уси-
ливает деформацию детали при обжиге.
Радиусы закруглений при отбортовке, профилировании и т. д.
во избежание сколов эмали должны быть не менее 5 мм. Если на
отбортованную часть поверхности детали не наносят покровную
эмаль, а только грунтуют ее, то радиус перегиба может быть умень-
шен до 3 мм.
Отверстия для крепления размещают обычно таким образом,
чтобы при сборке они перекрывались другими облицовочными
деталями, крепление которых осуществляется при помощи щщ-
198
Цйальной арматуры (зацепов, крючков и т, д.). Крепежная арма-
тура должна изготовляться из металла той же толщины, что и
деталь. Использование более толстого металла приводит к недожо-
гам эмали в местах приварки арматуры, появлению заплавленных
трещин, сколов и т. д.
Все шовные соединения на деталях обычно размещают так,
чтобы они не были видны с лицевой стороны изделия или пере-
крывались другими деталями. В тех случаях, когда шовные соеди-
нения не могут быть закрыты, их тщательно проваривают, а затем
зачищают или раскатывают.
Технологический процесс изготовления деталей начинается
с раскроя листового металла на заготовки специальными гильо-
тинными ножницами различной мощности и производительности.
Для снижения себестоимости выпускаемых изделий большое
значение имеют экономное расходование металла, рациональный
раскрой, использование отходов металла, получаемых при раскрое
одного вида деталей, на заготовки для других более мелких
деталей и т. д. Поэтому все эти вопросы учитываются при выборе
габаритов используемого металла и составлении раскройных
карт. Иногда для небольших по габаритам деталей заготовки ре-
жутся не на одну, а на несколько однотипных деталей. Такой
раскрой чаще всего применяется при вырубке деталей на без-
отходных штампах или на прессах непрерывного действия.
В некоторых случаях заготовки для плоских прямоугольных
деталей сразу при раскрое на гильотинных ножницах получают
по размеру готовых изделий. Однако такой способ применяется
редко, так как он снижает точность размеров заготовок. Приме-
няются также современные прогрессивные методы раскроя: штам-
повка комплекта деталей из целого листа за один удар и особенно
безраскройная штамповка из рулонной стали на прессах непре-
рывного действия. Эти способы раскроя позволяют значительно
снизить расход металла и сократить технологический процесс
изготовления деталей.
Операции вытяжки, вырубки, гибки и т. д. плоских деталей
больших габаритов производят на прессах больших размеров,
позволяющих устанавливать соответствующие штампы. Мощность
таких прессов составляет 100—300 Т и более.
Изготовление деталей средних и небольших размеров, а также
доделочные операции на крупных деталях производят на прессах
мощностью 10—100 Т в зависимости от габаритов деталей и усилий,
требуемых для осуществления данной операции.
В отличие от посудных изделий изготовление большинства
деталей бытовых приборов не требует глубокой вытяжки, в связи
с чем исключается необходимость в межоперационном отжиге.
Лишь при изготовлении некоторых деталей, как, например, кожу-
хов и вытяжных колпаков ванных колонок, цилиндров стираль-
ных машин и др. приходится применять глубокую вытяжку.
Однако и эти детали при использовании холоднокатаного металла
199
для глубокой вытяжки и специальных конструкций штампов,
обеспечивающих надежность и равномерность прижима, могут
быть успешно вытянуты за один переход без межоперационного
отжига.
В последнее время в производстве бытовых приборов нашли
широкое применение комбинированные штампы с совмещением
операций формовки и вырубки, отбортовки и проколки отверстий
и т. д. Все это дает возможность механизировать технологический
процесс и создать поточные линии в заготовительных и штампо-
вочных цехах.
Сварка деталей в основном производится на контактных элек-
тросварочных аппаратах (стр. 109). В случаях применения холод-
нокатаного некорродированного металла точечная сварка может
осуществляться без предварительного обезжиривания и очистки
поверхности. Поверхность горячекатаного или корродированного
металла перед сваркой обезжиривают и травят. При использовании
шовной сварки, например для шкафа холодильника, металл обя-
зательно должен быть предварительно очищен от жировых загряз-
нений и ржавчины. Шовная сварка производится на специальных
электросварочных машинах, иногда с одновременной раскаткой
швов при помощи специальных роликовых устройств. При при-
варке крепежной арматуры и отдельных деталей пользуются спе-
циальными шаблонами, обеспечивающими расположение всех
частей в соответствии с чертежами.
В ряде конструкций современных газовых плит предусмотрена
предварительная сборка каркаса, включающего духовой шкаф,
переднюю и заднюю стенки. Сварка этих деталей осуществляется •
в специальном сварочном агрегате. Такой прием позволяет зна-
чительно снизить трудоемкость процесса и исключить возможные
деформации, вызываемые местными напряжениями.-
Готовые детали перед отправкой на подготовку к эмалирова,-
нию проходят операцию зачистки заусениц на кромках, остав-
шихся после вырубки. Одновременно производится притупление
острых кромок, зачистка мест сварки, а также раскатка и зачистка
гофр или надиров, образовавшихся при формовке. Операции за-
чистки и притупления кромок выполняют наждачными кругами
на станках. Иногда для этой цели применяют также ручные пневма-
тические бормашины.
Гофры (если нельзя полностью устранить причину их образе- -
вания) удаляют на «формующих» штампах, иногда с применением
резиновых пуансонов.
Подготовка поверхности
Процесс подготовки черновых деталей к эмалированию прин-
ципиально не отличается от подготовки посудных изделий. Он
состоит из операций обезжиривания и удаления с поверхности
металла окалины и ржавчины,
200
Для обезжиривания и очистки поверхности деталей от загряз-
нений иногда применяют черновой обжиг при температуре 650—
750° С. Продолжительность обжига составляет 6—10 мин и более
в зависимости от толщины металла, веса одновременно загружае-
мых деталей и некоторых других факторов. Детали из горячека-
таного металла при наличии толстой пленки окалины, а также
детали с корродированной поверхностью перед обжигом смачивают
или обрызгивают слабыми растворами соляной кислоты или
хлористого аммония.
Для чернового обжига применяют как печи периодического
действия, так и конвейерные с газовым или электрическим нагре-
вом. При обжиге в печах периодического действия детали уклады-
вают на загрузочные приспособления таким образом, чтобы исклю-
чить возможность деформации деталей и обеспечить свободный
доступ воздуха к ним. При обжиге в туннельных печах детали либо
подвешивают на штангах при помощи специальных крючков или
зацепов, либо укладывают на полки или в короба, подвешенные
на штанги конвейера.
Химическое обезжиривание. Многие заводы вместо чернового
обжига для очистки изделий применяют химическое обезжирива-
ние [117]. Этот процесс позволяет в значительной степени снизить
трудоемкость подготовки изделий к эмалированию, широко исполь-
зовать механизацию и автоматизацию и улучшить условия труда.
Как показала практика, химическое обезжиривание может
быть успешно применено для всего ассортимента эмалируемых
изделий вне зависимости от их формы. Однако хорошие резуль-
таты достигаются лишь при использовании холоднокатаного ме-
талла высокого качества по составу, структуре и по состоянию
поверхности (отсутствие коррозии, загрязнений и др.).
Для химического обезжиривания наиболее широко применяют
щелочные растворы с добавками небольших количеств (0,5—5 г/л)
поверхностно-активных веществ — эмульгаторов, ускоряющих
процесс обезжиривания. Концентрация щелочей в растворе со-
ставляет обычно не более 100 г/л, так как в более концентрирован-
ных растворах хуже растворяется образующееся мыло, которое
может оседать на поверхность обрабатываемых деталей. Значе-
ние pH щелочных растворов поддерживают в пределах 8—13.
Для ускорения процесса обезжиривания температуру раствора
повышают до 70—90° С и дополнительно вводят механическое
перемешивание. В качестве омылителей и эмульгаторов при обез-
жиривании используют мыло, жидкое стекло и различные синте-
тические препараты.
Из синтетических препаратов/обладающих хорошей способ-
ностью эмульгировать минеральные неомыляемые масла, зареко-
мендовали себя препараты ОП-7 и ОП-Ю, представляющие собой
полиэтиленгликолевые эфиры алкилфенолов, получаемые обра-
боткой алкилфенолов окисью этилена. Они вводятся в щелочные
растворы в количестве 3—5 г/л. Дальнейшее повышение концен-
201
трации ОП-7 или ОП-10 в растворе не оказывает влияния на уско-
рение процесса обезжиривания. Имеются также указания, что
препараты ОП-7 и ОП-10 можно добавлять непосредственно
в смазки, применяемые при штамповке. При этом обезжиривание
изделий достигается простой промывкой в теплой воде. Обезжири-
вание в щелочных растворах с добавками ОП-7 и ОП-10 ведется
при температуре не выше 80° С, так как при повышении темпера-
туры повышается растворимость добавок, вследствие чего процесс
обезжиривания значительно замедляется.
Некоторые составы щелочных растворов, применяемых для
обезжиривания, и условия обезжиривания приведены в табл. 22.
Таблица 22
Составы щелочных растворов для химического обезжиривания
Состав раствора в г/л и режим обработки Для сильно загрязненной поверхности металла Для слабо загрязненной поверхно- ности металла
1 2 3
Едкий натр или едкое кали 50—100 20—30 10—15 25—30
Контакт Петрова 30—50 — — —
Тринатрийфосфат или углекис- лый натрий — 50—100 20—30 25—30
Жидкое стекло или мыло — 3—10 — 3—10
Препарат ОП-7 — — 3—5 —
Температура раствора в град 60—80 70—90 60—80 70—90
Продолжительность обработки в мин 10—30 10—30 10—30 10—30
Примечание. Цифрами 1—3 обозначены варианты обработки.
Расход щелочей при химическом обезжиривании составляет
в среднем 10—15 г на 1 м2 обрабатываемой поверхности.
Установки для химического обезжиривания обычно состоят
из двух обезжиривающих и двух промывочных ванн с горячей
водой. Детали загружают в ванны при помощи тельфера в спе-
циальных кассетах или коробах. Укладка должна обеспечивать
свободный доступ раствора к каждой обрабатываемой детали.
Обезжиренные и промытые детали направляются на сушку или
на последующее травление. Ёсли травление не применяется, то
для предохранения поверхности деталей от коррозии в последнюю
промывочную ванну добавляют 5—10 г!л жидкого стекла_или2азо-
тистокислого натрия. feS
На крупных заводах процесс химического обезжиривания
деталей полностью механизирован и производится в специальных
202
моечных машинах. Детали, уложенные на ленту конвейера или
подвешенные на штанги, последовательно проходят обезжирива-
ние, промывку и сушку. В зонах обезжиривания и промывки де-
тали обрабатываются сильными струями горячего щелочного
раствора и горячей воды, выбрасываемыми под давлением 2 ати
из отверстий в трубах, расположенных вдоль конвейера. Пройдя
зону сушки, детали поступают на эмалирование.
Для ускорения процесса химического обезжиривания иногда
применяют ультразвуковую очистку деталей [207]. Этот способ
основан на использовании ультразвуковых колебаний с частотой
20—50 кгц для отрыва жировых загрязнений от поверхности обра-
батываемых деталей с последующим смыванием их щелочным
раствором.
В качестве источников колебаний с ультразвуковой частотой
применяют гидродинамические источники колебаний или электро-
механические преобразователи. Устройство первых основано на
использовании незатухающих колебаний жидкости в системе
сопло—острие или поперечных колебаний пластинки в вихревом
потоке. Действие электромеханических преобразователей основано
на эффекте пьезоэлектричества и магнитострикции. Для питания
ультразвуковых преобразователей наиболее широко приме-
няются ламповые генераторы.
В качестве моющих жидкостей при ультразвуковой очистке
используют растворы едкого натра, соды и тринатрийфосфата;
последний является наиболее эффективным.
Составы щелочных растворов для ультразвуковой очистки
сильно загрязненной поверхности металла приведены в табл. 23.
Очистка ведется при температуре растворов 60—70° С. Про-
должительность обработки составляет 0,5—2 мин и зависит от
моющей способности и температуры щелочного раствора, от ха-
рактера загрязнений и силы воздействия ультразвукового поля.
Таблица 23
Составы щелочных растворов для ультразвуковой очистки поверхности металла
Состав раствора Количество в г/л
1 2 3 4
Едкий натр 20—50 — 5—25 —
Углекислый натрий — 12—28 3—20 —
Т ринатрийфосфат — 5—10 3—20 30—40
Жидкое стекло — 15—30 — —
Препарат ОП-7 — — 3—5 —
Примечание. Цифры обозначают варианты составов.
203
В Советском Союзе и за рубежом разработаны агрегаты для ультра-
звуковой очистки деталей, где процесс полностью механизирован.
Травление. В процессе травления создается шероховатость
поверхности, повышающая прочность сцепления грунта с метал-
лом. Поэтому на многих заводах после химического обезжирива-
ния детали проходят последовательно процессы травления, про-
мывки, удаления шлама, обработки в растворах сульфата никеля,
нейтрализации и сушки. Режимы этих процессов аналогичны про-
цессам обработки посудных изде-
лий (стр. 113).
Для обеспечения качественной
обработки в травильных ваннах
и на последующих операциях
плоских деталей применяют спе-
циальные загрузочные устройства
(короба, кассеты и т. д.), исклю-
чающие возможность плотного
прилегания деталей плоскостями
друг к другу в процессе обработки.
Расход серной кислоты при
травлении составляет в среднем
13—15 кг моногидрата на 100 м2
обрабатываемой поверхности; рас-
ход сульфата никеля (NiSO4-7H2O)
г, сс п . для никелевой обработки соответ-
Рис. 65. Душирующее устройство - г ,
для промывки деталей после трав- ственно составляет около 1 кг.
ления В настоящее время предло-
жены специальные станки для сня-
тия шлама с поверхности плоских деталей. Очистка в них ведется
при помощи вращающихся круглых щеток с одновременной пода-
чей воды. Имеются также установки, где шлам удаляется водой,
подаваемой в промывочную ванну через специальные душиру-
ющие ‘устройства под давлением 5—7 ати (рис. 65).
На ряде заводов применяют различные способы бесшламного
травления. К ним относится способ травления в растворе серной
кислоты с добавкой 1—2% азотной кислоты или селитры; он мало
распространен, так как требует специальных устройств для за-
щиты от выделяющихся окислов азота. Применяется также трав-
ление в растворе серной или соляной кислоты с добавками пере-
киси водорода или органических кислот. Хорошие результаты
получаются при обработке деталей в 10—15-процентном растворе
серной кислоты, содержащем 100—120 г/л NaCl; рабочая темпе-
ратура раствора 50—60° С. Этот способ широко распространен
на отечественных заводах как один из самых простых и эффектив-
ных способов бесшламного травления.
Некоторые отечественные заводы и зарубежные фирмы при под-
готовке стали для эмалирования успешно применяют способ со-
вместного обезжиривания и травления [208]. Преимущество этого
204
способа перед раздельным проведением химического обезжирива-
ния и травления — сокращение технологического цикла и полу-
чение микрошероховатой поверхности, улучшающей прочность
сцепления грунта с металлом, чего не удается достичь при раз-
дельном проведении этих процессов.
Для совместного обезжиривания и травления применяют
Ю—15-процентный раствор серной кислоты, содержащий 80—
100 г!л NaCl с добавкой эмульгаторов, например ОП-7, ОП-Ю,
ОП-20, сульфанола и др., в количестве 5—18 г!л. Иногда в травиль-
ный раствор, кроме эмульгаторов, дополнительно вводят орга-
нические растворители, такие, как уайт-спирит в количестве
70—100 г!л. В этих случаях должны быть предусмотрены специаль-
ные меры противопожарной безопасности. Рабочая температура
раствора при совместном обезжиривании и травлении составляет
60—75° С, продолжительность обработки 10—20 мин.
Процесс обычно ведется в двух последовательно установлен-
ных ваннах, снабженных. змеевиками для обогрева раствора
глухим паром и барботером, проложенным по дну ванны, для
интенсификации процесса удаления масел и загрязнений с по-
верхности металла. Для поддержания постоянной температуры
раствора в первой травильной ванне детали перед загрузкой
подогревают в ванне с горячей проточной водой. При этом с по-
верхности металла частично удаляются механические загрязнения.
Детали, обработанные в травильных растворах, подвергаются
тщательной промывке в горячей и холодной проточной воде до
полного удаления с поверхности металла остатков эмульгатора
и загрязнений, затем обработке в растворе сульфата никеля,
нейтрализации и сушке.
Новые способы травления — в расплавленном NaOH и газовое
травление — не получили еще широкого промышленного при-
менения. Принцип травления в расплавленном NaOH заключается
в восстановлении окалины гидридом натрия, растворенным в рас-
плавленной едкой щелочи в количестве до 2%. Рабочая темпера-
тура ванны около 360° С; продолжительность обработки от 5 сек
до 20 мин. Процесс обработки может быть полностью автомати-
зирован.
Газовое травление — обработка изделий хлористым водородом
при температуре 550—750° С. При этом НС1 реагирует с окислами
железа, образуя летучие хлориды железа.
Недостатком обоих способов является получение довольно
гладкой поверхности, что неблагоприятно влияет на прочность
сцепления грунта с металлом.
На некоторых заводах вместо погружения деталей в травиль-
ные растворы применяют орошение травильными растворами при
помощи струйных установок (стр. 117).
Сушка деталей после нейтрализации производится при темпе-
ратуре 150—200° С. Наиболее часто применяют туннельные су-
шила с электрическим обогревом.
205
На многих аппаратурных заводах детали cytnat йа воздухе
без применения сушил, так как благодаря плоской форме на по-
верхности деталей остается сравнительно небольшое количество
влаги, которая может испариться за счет тепла, аккумулирован-
ного массой металла во время пребывания деталей в нейтрализа-
ционной ванне. Чтобы усилить нагрев деталей и улучшить таким
образом условия сушки, температуру раствора в нейтрализацион-
ной ванне поддерживают не ниже 80—90° С.
На современных крупных заводах весь процесс подготовки
изделий к эмалированию, включая химическое обезжиривание,
травление, промывочные операции, обработку в растворе суль-
фата никеля, нейтрализацию и сушку, полностью механизирован.
Все зоны обработки объединены в общий агрегат с единым непре-
рывно движущимся конвейером, при помощи которого детали
(в подвешенном состоянии или уложенные в специальные короба)
последовательно проходят весь цикл обработки.
После сушки детали подаются, на участок правки для устране-
ния различных механических повреждений и дефектов, получен-
ных на предыдущих операциях обработки и во время транспор-
тировок. Правка производится вручную при помощи деревянных
молотков на специальных правочных столах. С участка правки
изделия передаются в эмалировочное отделение для нанесения
грунта. Детали из чугуна для подготовки к эмалированию подвер-
гают дробеструйной обработке (стр. 343).
Светлый отжиг. Разработан новый способ подготовки поверх-
ности металла к эмалированию — отжиг в защитной атмосфере,
получивший название светлого отжига [126—129]. Назначение
светлого отжига — устранение напряжений в металле, обезжи-
ривание его поверхности, восстановление окислов железа, находя-
щихся на поверхности металла, и обезуглероживание поверх-
ностных слоев металла. Таким образом, этот процесс заменяет
одновременно операции чернового обжига и травления. Так как
после светлого отжига на поверхности металла отсутствует слой
окалины, основной недостаток термического обезжиривания устра-
няется, а преимущества, заключающиеся в более полной очистке
от органических загрязнений и поверхностном обезуглерожива-
нии, полностью сохраняются. При отжиге в защитной атмосфере
обезжиривание происходит путем испарения, крекинга и гидри-
рования углеводородов и их производных, из которых состоят
жиры и масла.
Светлый отжиг в защитной атмосфере представляет особый
интерес в случае необходимости эмалирования стали с повышенным
содержанием углерода. На поверхности стали, на которой в обыч-
ных условиях не удается создать удовлетворительного эмалевого
покрытия, после светлого отжига в атмосфере, обладающей высо-
кой* обезуглероживающей способностью, образуется высококаче-
ственное эмалевое покрытие. Светлый отжиг применяется как один
из способов подготовки стали для безгрунтового эмалирования.
206
Атмосфера печи при светлом отжиге должна быть одновременно
безокислительной и обезуглероживающей {129]. С этой точки
зрения наилучшим составом защитной атмосферы является диссо-
циированный аммиак, подвергнутый частичному сжиганию с воз-
духом, что снижает стоимость процесса и уменьшает воспламе-
няемость смеси. Преимущество этой защитной атмосферы — отсут-
ствие в ее составе углеродсодержащих компонентов, выделяющих
при известных условиях так называемый сажистый углерод,
осаждение которого на поверхности стали приводит в дальнейшем
к появлению дефектов эмалевого покрытия. Применяют также
другие более экономичные защитные среды: продукты неполного
сгорания природного, генераторного и других промышленных
газов. Имеются данные о возможности применения азота, очищен-
ного от- кислорода. Применение азота может существенно удеше-
вить процесс светлого отжига. Составы защитных атмосфер при-
ведены в табл. 24.
Таблица 24
Химический состав газовых смесей, применяемых в качестве
защитной атмосферы при светлом отжиге перед эмалированием
Наименование газа Отношение ко- личества газа к количеству воздуха при смешивании Содержание в об. %
н2 СО со2 сн4 n2 н2о
Аммиак диссоци- ированный __ 75,0 — — — 25,0 До 0,1
Продукты неполно- 1 : 1 24,0 — — — 76,0 —
го сгорания аммиака 1 : 1,25 20,0 — — — 80,0 —
Продукты неполно- 1 : 2,5 10,0 9,0 7,0 — 72,0 До 2,0
го сгорания природ- ного, генераторного и других промышлен- ных газов (экзотерми- ческий газ) , 1 : 6 15,0 10,0 5,0 1,0 69,0 » 0,4
Технический азот, очищенный от кисло- рода диссоциирован- ным аммиаком 4—10 96—90
Температура отжига при использовании экзотермического газа
составляет 750—800° С, а в случае применения диссоциирован-
ного аммиака — около 900° С.
Для проведения отжига в защитной атмосфере применяют
муфельные печи периодического действия и безмуфельные проход-
ные печц. Из периодических печей наиболее совершенными
207
являются колпаковые. В них отжигаемые детали укладывают на
специальный стенд и закрывают муфелем из жароупорной стали,
который снизу уплотняется песчаным или масляным затвором.
Внутреннее пространство под муфелем продувают защитным га-
зом, после чего на стенд опускают нагревательный колпак. Печь
обогревается газовыми горелками или электронагревателями.
В зависимости от размеров печи и конфигурации отжигаемых
деталей вес садок в колпаковых печах 1—40 т. Длительность
цикла отжига соответственно составляет 8—80 ч. '
Из проходных печей для отжига применяют печи с роликовым
подом, толкательные и конвейерные. При поточно-массовом про-
изводстве однородных изделий печи первого типа наиболее удобны.
При отжиге в защитной атмосфере требуется полная гермети-
зация печи. Небольшое количество кислорода, попавшего в атмо-
сферу печи, может существенно изменить характер процессов,
протекающих при отжиге. На поверхности стали может образо-
ваться очень плотная пленка окислов железа, которая, действуя
как защитное покрытие, практически полностью прекращает
процесс обезуглероживания.
Герметизация. внутреннего пространства в толкательных пе-
чах и печах с роликовым подом достигается устройством на входе
и на выходе специальных тамбуров с наружными и внутренними
дверцами, продуваемых защитным газом. Нагрев печей произ-
водится электронагревателями или газом, сжигаемым в радиа-
ционных трубах.
В процессе работы из печи вместе с защитным газом выходят
пары и продукты разложения масел и жиров. Смесь газа и паров
ядовита, поэтому во всех местах, где может происходить выход
газа в окружающую атмосферу, должны быть установлены при-
емные колпаки вытяжной вентиляции.
Светлый отжиг непригоден для обработки металла с сильно
корродированной поверхностью или при наличии толстого слоя
окалины.
Грунты и эмали
Для эмалирования бытовых приборов применяют грунты с раз-
личным содержанием борного ангидрида. При выборе грунта,
надо учитывать условия производства и вид изделия. Так, если"
температура обжига по тем или иным причинам должна быть
возможно более низкой, грунт должен содержать значительное
количество борного ангидрида. Если же можно допустить более
высокую температуру обжига, то количество борного ангидрида
в грунте может быть уменьшено.
Практика показала, что наиболее ответственные и сложные
по форме изделия (шкафы холодильников, баки стиральных машин,
кожухи водогрейных колонок и др.) целесообразно покрывать
многоборными грунтами (15—18% ВгО3). Эти грунты хорошо
20§
растекаются на металле, образуя покрытие без дефектов. Сравни-
тельно невысокая температура обжига таких грунтов (850—870° С)
уменьшает опасность коробления металла. Для простых по форме
изделий, а также для внутренних деталей, покрываемых только
грунтом или эмалью «рябчик», можно использовать малоборные
грунты с содержанием борного ангидрида 8—10%.
Как борные, так и малоборные грунты выгодно получать
смешиванием при помоле двух или трех фритт с разной плав-
костью (стр. 128). Смешанные грунты, характеризующиеся большим
интервалом обжига, при нанесении на крупногабаритные изделия
обжигаются равномерно, не давая недожога покрытия на одних
местах и выгорания — на других.
На отечественных заводах широко применяются борный грунт
типа 2015, а также смеси этого грунта с безборными грунтами
27 и 35 (стр. 127).
При использовании многоборных грунтов в сочетании с много-
борными титановыми эмалями расход буры на 1 м2 одностороннего
покрытия составляет в среднем 0,30—0,40 кг. Применение мало-
борных грунтов или замена в грунтах буры на борсодержащйе
материалы (борат кальция, данбурит) дают возможность умень-
шить удельный расход буры примерно на 25—35%. Сочетания
малоборных грунтов с малоборными титановыми эмалями не обес-
печивают требуемого качества эмалевых покрытий.
При помоле грунтов добавляют до 20% кварцевого песка.
Иногда в малоборные грунты вводят небольшие добавки окиси
хрома (1—2%), которая заметно улучшает растекаемость и в ряде
случаев служит красителем для окраски покрытия в темно-зе-
леный цвет. Грунты с добавкой окиси'хрома нельзя использовать
для деталей, которые покрываются покровными титановыми
эмалями, так как наличие окиси хрома в грунте вызывает появле-
ние желтых пятен в покровной эмали.
При эмалировании бытовых приборов покровную эмаль нано-
сят, как правило, только на лицевые стороны деталей. Внутрен-
ние стороны покрывают грунтом, «рябчиковой» эмалью и др.
В качестве покровных эмалей для большинства изделий могут
быть использованы белые фтористые и титановые эмали, которые
нашли применение в производстве посуды (см. табл. 17 и 18).
Наиболее целесообразно использовать титановые эмали. Высо-
кая степень заглушенности позволяет наносить их одним тонким
слоем, что резко снижает трудоемкость и себестоимость эмалиро-
вания, а также улучшает декоративные качества изделий. Кроме
того, одноразовый обжиг и малая толщина слоя эмали уменьшают
коробление деталей при обжиге, что очень важно при эмалирова-
нии крупногабаритных изделий. Применение тонкослойных эма-
левых покрытий для деталей сборных изделий значительно умень-
шает количество брака по сколам в процессе сборки.
На отечественных заводах бытовых приборов чаще всего при-
меняют многоборные титановые эмали типа Т-1 (табл. 17)
14 Ц. В. Варгив 209
с температурой обжига 830—880° С. Недостатком титановых эмалей
применительно к деталям сборных изделий является нестабиль-
ность цветового оттенка, которая при соблюдении ряда условий
может быть значительно уменьшена.
Наряду с титановыми и фтористыми эмалями находят также
применение сурьмяные эмали (см. табл. 18). Для эмалирования
бака стиральной мащины целесообразно использовать специаль-
ные щелочеустойчивые циркониевые эмали (табл. 18). Сурьмяные
и циркониевые эмали имеют высокий коэффициент отражения,
поэтому их можно наносить одним слоем толщиной около 0,3 мм
или двумя более тонкими слоями.
Эмали темных тонов (черная, синяя и др., см. табл. 19)
обычно применяются для покрытия конфорочной части газовой
плиты.
В последние годы для эмалирования бытовых приборов стали
применять легкоплавкие грунты и эмали. Фирма «Norge» [209],
например, выпускает холодильники с эмалевым покрытием, оплав-
ляющимися при 790° С. На заводе «Frigidaiге» [210] для кухон-
ных плит и холодильников применяют эмали с температурой об-
жига 770—790° С. Сообщается [211] о внедрении грунтовых и по-
кровных эмалей с температурой оплавления 730° С.
Обжиг при пониженных температурах имеет следующие преиму-
щества: на 15—20% снижается расход Энергии, увеличивается
срок службы печей и обжигового инструмента, уменьшается де-
формация изделий и количество дефектов, вызываемых структур-
ными превращениями стали и поглощением водорода, появляется
возможность эмалировать стали с более высоким содержанием
углерода [212].
Процесс получения низкотемпературных эмалевых покрытий
имеет свои особенности. Снижение температуры обжига грунтов
приводит к замедлению реакций, обусловливающих их сцепление
со сталью. В связи с этим для обеспечения необходимого сцепле-
ния приходится удлинять время обжига или значительно увеличи-
вать содержание окислов сцепления в грунтовой эмали. При вы-
боре окислов сцепления отдают предпочтение окиси никеля,
которая в легкоплавких грунтах более эффективна, чем окись
кобальта. Предложены также и другие активаторы сцепления:
МоО3, CuMO4, FeMoO4 [213].
При подготовке металла к эмалированию легкоплавкими эма-
лями стремятся получить достаточно развитый рельеф его поверх-
ности, что достигается специальными способами травления (см.
стр. 121). Для снижения окисляемости при обжиге поверхность
металла после травления подвергают никелевой обработке, фосфа-
тированию и т. д.
Большинство*составов легкоплавких эмалей получено в си-
стеме SiO2—TiO2—В2О3—А12О3—R2O—F. Дополнительно вво-
дят также окислы: ВаО, ZnO, PbO, CuO, V2O6, Р2О5. Известна
эмаль с температурой обжига 700—750° С следующего состава
210
(в вес. %); 33,5 SiO2; 1,5 А12О3; 18 Na2O; 3,0 Li2O; 22,0 В2О3;
4,66 СаО; 7,61 МпО; 4,45 FeO; 1,5 СоО; 4ДЗ Na2SiF6.
Наиболее существенный недостаток известных легкоплавких
эмалей — их низкая химическая устойчивость [209]. Показана
реальная возможность получения эмалей, оплавляющихся при
730—800° С и обладающих достаточно высокой химической устой-
чивостью [213]. Содержание SiO2 в таких эмалях достигает 65%.
Нанесение, сушка и обжиг покрытий
Грунты и покровные эмали на детали бытовых приборов
наносят так же, как и на посуду. Грунты, как правило, наносят
окунанием. При этом способе нанесения равномерность слоя грунта
на изделии зависит от приемов встряхивания, а также от конси-
стенции, удельного веса и тонины помола шликера.
По опыту ряда заводов характеристики грунтового шликера
для разных по форме изделий колеблются в следующих пределах:
консистенция 3—6 г!дм2; удельный вес 1,56—1,67 г/см3; тонина
помола 25—40 (по упрощенному методу Сабанина). Для изделий
сложной конфигурации применяют шликер с более высоким удель-
ным весом и консистенцией, чем для простых по форме изделий.
На крупногабаритные изделия грунтовой шликер наносят
также способом пульверизации. В этом случае консистенция и
удельный вес шликера выше, чем при нанесении способом окуна-
ния. Тонина помола шликера — 25—30.
Толщина грунтового покрытия на изделиях не превышает
0,10—0,15 мм. Утолщение слоя нецелесообразно по экономическим
соображениям и ввиду ухудшения механической прочности по-
крытия. Особенно опасно утолщение слоя в местах с малым радиу-
сом закругления и у кромок.
Расход грунта (фритты) для покрытия 1 м2 листового металла
с двух сторон составляет около 600 г.
Имеются установки для механизированного нанесения шли-
кера. Изделия подвешивают к конвейеру, проходящему над ба-
ками со шликером, в который их автоматически погружают, а за-
тем вынимают, встряхивают, устанавливают на конвейер и пере-
дают в сушило. Описаны также и другие установки для нанесения
шликера способом окунания.
Пульверизация. Ранее указывалось, что при эмалировании
бытовых приборов покровные эмали наносят только на лицевые
стороны деталей. Для одностороннего нанесения эмали наиболее
пригоден способ пульверизации. Эмалевый шликер наносят на
эмалируемую поверхность в виде мельчайших брызг, получаемых
в результате распыления шликера сжатым воздухом при помощи
специальных ручных пистолетов-распылителей или автоматиче-
ских пульверизационных установок [214, 215].
Ручными пистолетами наиболее часто пользуются для пок-
рытия крупногабаритных изделий сравнительно сложной
14* 211
Струя __
Рис. 66. Схематический разрез головки
распылителя
конфигурации. На небольших Эмалировочных заводах ручные пи-
столеты применяются также для одностороннего покрытия плоских
и несложных по конфигурации деталей. Существует довольно
большое количество различ-
ных систем пистолетов-рас-
пылителей, однако принци-
пиально они мало различа-
ются между собой. Схемати-
ческий разрез головки рас-
пылителя показан на рис. 66.
Эмаль на отечественных заводах
наиболее широкое распро-
странение получили писто-
Воздух леты-распылители модели
0-31 А. Они отличаются тем,
что имеют воздушную коль-
цевую завесу, которая умень-
шает выпадение частиц шли-
кера из факела, вследствие
чего снижается количество
Рис. 67. Расход воздуха при пуль-
веризации в зависимости от давле-
ния воздуха
Диаметр сопла: 1 —1,0 мм; 2—3,0 мм;
3—4,5 мм; 4—6,0 мм
отходов при покрытии.
При пульверизации во избе-
жание загрязнения эмалевого шли-
кера сжатый воздух неред поступ-
лением из компрессора в распы-
литель обязательно очищают от
масла и воды в фильтре-маслоотде-
лителе.
Давление воздуха для распы-
ления шликера обычно составляет
3—4 ати. Зависимость расхода
сжатого воздуха от его давления
показана на рис. 67.
Шликер подается в пульвери-
затор по шлангу из расходного
бачка самотеком или под действием
сжатого воздуха при давлении
1,5—2 ати. Шликер наносят на
изделия в пульверизационных ка-
мерах, оборудованных вытяжной
вентиляцией (рис. 68). Устройство
пульверизационных камер зави-
сит в основном от габаритов и кон-
фигурации покрываемых изделий. Для покрытия сравнительно
небольших изделий камеры оборудуют вращающимися столиками-
турникетами, на которые устанавливают изделия. Турникет
позволяет поворачивать изделие во время нанесения покрытия.
Для покрытия крупных изделий их обычно подвешивают.
212
При пульверизации значительная часть шликера распЫ
ляется по сторонам и задерживается на стенках камеры. Поэтому
камеру периодически очищают, а отходы шликера собирают
и направляют на регенерацию. Количество образующихся отхо-
дов зависит от конфигурации покрываемых изделий, формы фа-
кела, квалификации исполнителя и от других факторов. В некото-
рых случаях количество отходов может достигать 60% от коли-
чества использованного шликера. Поэтому для наиболее полного
использования отходов-шликера их предохраняют от загрязнений
и смешения с другими эмалями.
Рис. 68. Пульверизационная камера
Качество покрытия, нанесенного методом пульверизации,
в значительной мере зависит от качества распыления, которое до-
стигается регулированием давления воздуха и подбором соответ-
ствующих сопел. От размера проходного отверстия сопла зависит
также производительность. При малом отверстии производитель-
ность снижается и одновременно в связи с узким факелом увеличи-
вается неравномерность покрытия. При слишком большом отвер-
стии сопла производительность увеличивается, но ухудшается
качество распыления и покрытие получается рябое или волнистое.
Оптимальный диаметр проходного отверстия сопла, обеспечи-
вающий хорошее качество покрытия и надлежащую производи-
тельность, подбирается опытным путем. Чаще всего применяют
сопла диаметром 1—3 мм.
Большое влияние на качество Покрытия при способе пульвери-
зации оказывает расстояние от распылителя до покрываемой по-
верхности. При слишком малом расстоянии частицы ударяются
о поверхность изделия с большой силой, покрытие получается
213
неровным, напоминающим корку апельсина. При большом удале-
нии распылителя частицы шликера, не доходя до покрываемой
поверхности, успевают потерять часть воды и попадают на поверх-
ность в виде небольших сгустков. В этом случае покрытие полу-
чается прыщеватым. Оптимальное расстояние от распылителя
до покрываемой поверхности подбирают с учетом размера сопла
и давления воздуха (рис. 69).
На качество покрытия существенно влияет также направление
факела шликера. Факел должен быть направлей перпендикулярно
1 2 3 4 5 6
Дабление Воздуха, ати
Рис. 69. Оптимальное расстояние
от пульверизатора до изделия
Диаметр сопла: /—3,0 мм; 2—4,5 мм;
3 —6,0 мм
На современных крупных
покрываемой поверхности. При
несоблюдении этого условия нане-
сенный шликер частично сдувает-
ся струей воздуха, и покрытие
получается волнистым. Волнис-
тость будет тем сильнее, чем толще
нанесенный слой шликера.
Для нанесения способом пуль-
веризации шликер должен быть
более тонкого помола и большего
удельного веса, чем при окунании
или обливе. Характеристики шли-
кера эмали устанавливают опыт-
ным путем. По данным ряда оте-
чественных заводов, удельный вес,
консистенция и тонина помола
шликера титановой эмали соответ-
ственно колеблются в следующих
пределах: 1,73—1,75 г/сл3; 5—
9г/дл2; 10—14 (по методу Лисенко).
Расход титановой эмали на
1 м2 одностороннего покрытия при
толщине слоя около 0,1 мм с уче-
том потерь составляет 450—500 г.
заводах для нанесения шликера на
изделия применяют автоматические пульверизационные установки.
Распыление шликера происходит в специальных кабинах одно-
временно из нескольких распылителей, стационарно установлен-
ных под разными углами к изделию. Подача изделий для нанесе-
ния покрытия производится непрерывно при помощи конвейерной
ленты.
Проще всего осуществить автоматическую пульверизацию при
нанесении шликера на-плоские изделия. Один из вариантов меха-
низированного нанесения шликера показан на рис. 70. Изделия 1
подают в пульверизационную камеру цепным конвейером 2.
Шликер наносится группой пульверизаторов, расположенных
на штанге 3, перемещаемой автоматически по направляющим 4.
Если изделия движутся в подвешенном состоянии, то пульвериза-
торы перемещаются в вертикальной плоскости.
214
На рис. 71 показана схема пульверизационной установки для
нанесения шликера на баки стиральных машин.
Имеются сведения о применении для автоматической пульвери-
зации запоминающего электромеханического устройства, которое
регулирует работу пульверизаторов в зависимости от конфигу-
рации изделия [216].
Автоматические пульверизационные установки могут быть
объединены в единый агрегат с сушильными камерами.
Рис. 70. Механизированное нанесение
шликера на плоские детали
Рис. 71. Схема установки для нанесе-
ния шликера пульверизацией на баки
стиральных машин:
1 — пульверизатор; 2—бак стиральной ма-
шины; 3 — приспособление для вращения
бака
Способ пульверизации имеет ряд преимуществ по сравнению
с окунанием или обливом:
1) упрощается процесс покрытия крупногабаритных изделий
и получения односторонних покрытий;
2) обеспечивается равномерность нанесенного слоя и возмож-
ность широкого регулирования толщины слоя;
3) уменьшается влияние на качество покрытия таких факторов,
как консистенция и кроющая способность шликера;
4) создаются условия для широкого внедрения механизации
и автоматизации процесса нанесения эмали.
Одним из недостатков пульверизации является образование
большого количества отходов эмали (однако при правильной
организации их сбора и регенерации потери эмали практически
Немного превыщают потери при окунании и обливе). Кроме того,
?15
способ пульверизации несколько менее производителен, чем спо-
соб окунания, и для некоторых видов -изделий сложной конфи-
гурации малоприменим.
Для изделий простой и сложной формы (баки, сушильные
барабаны, камеры холодильников и др.) применяют также струй-
ный облив. Шликер при нанесении этим способом подается на из-
делия в виде плоской или круглой струи из одного или несколь-
ких сопел [175].
Электростатическое нанесение. Метод электростатического на-
несения, давно используемый при окрашивании металлов органи-
ческими лаками, в последнее время применяется н для эмалиро-
вания. Особенно хорошие результаты достигнуты при нанесении
эмалей на детали простой формы.
На нескольких крупных заводах США и Западной Европы
имеются поточные линии эмалирования стальных деталей плит,
холодильников, архитектурно-строительных панелей и других
плоских изделий этим способом [217—223]. Сообщается о весьма
высоком качестве покрытий и значительной экономии эмали.
Заряженные частицы под действием электрического поля дви-
жутся по направлению силовых линий и осаждаются на изделиях,
несущих заряд противоположного знака, чрезвычайно ровным
слоем. Эмаль измельчают тоньше, чем для обычной пульверизации.
Остаток от пробы шликера 100 мл на сите 400 меш. составляет
3—4 г. Удельный вес шликера 1,50—1,64. При избытке влаги
в шликере на покрытии могут образоваться подтеки, при слишком
малом содержании влаги сухие частицы ссыпаются с покрываемой
поверхности. Имеет значение постоянство температуры (около
24° С) и влажности воздуха (40—60%) в кабинах для электроста-
тического нанесения. Воздух из кабин под действием вентиля-
торов должен удаляться со скоростью не более 9 м!мин.
Установки различных типов отличаются по количеству и распо-
ложению пульверизаторов, по корости подачи шликера, давле-
нию воздуха, напряжению электрического поля и другим пара-
метрам. Электрическое поле создается между электродами,
вмонтированными в пистолеты-пульверизаторы, и изделиями,
подвешенными к штангам конвейера. Обычно изделия заряжаются
положительно, а частицам шликера, выходящим из пульвериза-
тора, сообщается отрицательный заряд. Разность потенциалов
составляет 100—130 тыс. в. Включение напряжения и пульвериза-
торов происходит автоматически, когда изделие попадает в кабину.
Давление воздуха, применяемого для распыления шликера, со-
ставляет 0,8—1,4 ати. При двустороннем эмалировании пульвери-
заторы располагают по обеим сторонам конвейера.
Этот способ нанесения эмалей применяется как для грунтов,
так и для покровных эмалей, но особенно он эффективен при
безгрунтовом эмалировании стальных деталей. Покрытие толщи-
ной 0,07—0,08 мм отличается высокой сплошностью, механиче-
ской и термической стойкостью.
?16
Производительность одной из таких установок с четырьмя
пистолетами-распылителями, совершающими возвратно-поступа-
тельные движения в вертикальной плоскости, составляет 450 jw2
покрываемой поверхности в час.
Имеются сведения об успешном применении для нанесения
эмалей способа, основанного на явлении электрофореза [224—
226]. Покрываемые изделия служат анодом; в качестве катодов
применяют электроды, соответствующие изделиям по форме.
Удельный вес водных суспензий 1,15—1,30. Для предотвращения
оседания частиц эмали вводятся органические вещества типа
траганта, целлюлозы и т. п. Напряжение 40—200 в, плотность
тока —2 а!дмг. При пропускании тока в течение 30 сек получается
покрытие толщиной 0,07—0,1 мм. Важное значение имеет постоян-
ство температуры и электропроводности среды.
В случае механизированного нанесения шликеров на изделия
и большого объема производства с целью бесперебойной подачи
шликера на рабочие места и обеспечения стабильности его свойств
на некоторых заводах применяют систему рециркуляции шликера
[175]. При этом шликер непрерывно циркулирует по замкнутой
линии, состоящей из трубопроводов, емкостей для хранения и
заправки шликеров, сит, магнитных сепараторов и нагнетатель-
ных насосов (рис. 72). Такая система позволяет полностью авто-
матизировать все процессы подготовки шликера и его транспор-
тировку к рабочим местам.
Сушка. Для сушки грунтовых и эмалевых покрытий на дета-
лях бытовых приборов применяют сушила тех же типов, что и
для посудных изделий (стр. 159). Наиболее широкое распростра-
нение получили конвейерные паровые, газовые и электрические
сушила.
Температурный режим сушки деталей с достаточно закрытой
поверхностью (шкаф холодильника, бак стиральной машины,
кожух ванной колонки и др.) не отличается от режима сушки,
установленного для посуды. Продолжительность сушки опреде-
ляется опытным путем. Для плоских листов и других изделий
с открытой поверхностью процесс сушки можно заметно интен-
сифицировать, повышая температуру в сушильном агрегате.
Интенсификация процесса сушки наряду с повышением про-
изводительности способствует также более прочному сцеплению
шликера с поверхностью металла, улучшает механическую проч-
ность сухого шликера, что снижает брак, связанный с механиче-
ским повреждением покрытия до обжига.
Одно из конвейерных сушил показано на рис. 73.
В зависимости от конструкции сушила и конфигурации деталей
последние устанавливают на специальных подставках или непо-
средственно укладывают на ленту конвейера, либо подвергают
сушке в подвешенном состоянии.
В настоящее время отечественной промышленностью выпу-
скаются сушильные инфракрасные установки типа ГСУ-1, ГСУ-2
217
кэ
00
Рис. 73. Конвейерное сушило для плос-
ких изделий
Рис. 72. Система рециркуляции шликера:
1 — регулятор давления шликера; 2 — подача шликера к рабочим местам;
3 — возврат избытка шликера в емкости; 4 — емкости для хранения и кор-
ректировки (Характеристик шликера; 5 — диафрагменные насосы
и ГСУ-3. Техническая характеристика ГСУ-1: длина 6 м, расход
природного газа 5—7 м3/ч. '
После сушки детали поступают на участок корректировки, где
производятся прочистка отверстий, удаление наплывов, снятие
эмали с тех мест, где по техническим условиям не требуется эма-
левого покрытия. Эта операция осуществляется на корректиро-
вочных столах с помощью специальных приспособлений.
Обжиг. Обжиг грунта и эмали производится в печах периоди-
ческого действия (стр. 167) или в печах непрерывного действия
(стр. 171), конвейерных или туннельных.
На одном из заводов газовой аппаратуры установлены электри-
ческие камерные печи. Размеры камеры: длина 2,5 м, ширина
1,6 м и высота 1,2 м. Печи снабжены нагревательными элементами,
расположенными на внутренних боковых стенках камеры и на
поду. Боковые и подовые секции обычно получают отдельное пи-
тание, что облегчает регулирование температуры и замену нагре-
вателей. Мощность таких печей около 130 кет.
Обжиг деталей газовой аппаратуры и холодильников — очень
ответственная операция в технологическом процессе эмалирова-
ния. Объясняется это прежде всего тем, что большинство эмали-
руемых деталей представляет собой либо большие довольно тон-
кие листы, либо крупногабаритные детали более сложной формы.
Такие детали при обжиге склонны к сильному короблению. Между
тем даже небольшая деформация составных частей изделия за-
метно затрудняет его сборку, а при сильной деформации сборка
становится невозможной.
Практика показала, что коробление деталей при обжиге как
в камерных, так и в конвейерных печах можно в значительной
мере уменьшить применением легкоплавких эмалей, а также пра-
вильным выбором обжигового инструмента. В камерных печах
плоские детали (стенки и стол плиты, дверка шкафа холодильника,
сосуды для продуктов и т. д.) обычно обжигаются в горизонтальном
положении на решетках с иглами. В зависимости от толщины,
формы и величины деталей расстояние между иглами может коле-
баться в пределах 50—150 мм.
Крупногабаритные детали и детали сложной конфигурации
(бак стиральной машины, шкаф холодильника, кожух водонагре-
вательной колонки и т. д.) обжигают в подвешенном состоянии.
Для этого с помощью специальных крючков детали крепят к раме
и вводят в печь (рис. 74).
Мелкие детали предварительно укладывают в специальные
кассеты, которые затем устанавливают на решетку и загружают
вместе с ней в печь. Для загрузки деталей в печь иногда пользуются
двумя решетками, из которых одна находится в печи, а другую
разгружают и нагружают новыми деталями. При этом печь почти
всегда загружена и производительность ее, как показала практика,
повышается на 10—15%. Иногда применяют также двухъярусные
решетки, однако они не получили широкого распространения.
219
Рис. 74. Посадочное приспособление для обжига в камерной
• печи изделий в подвешенном состоянии
Рис. 75. Способ крепления плоских листов при обжиге
в конвейерной печи
220
В конвейерных печах обжигаемые детали при помощи специаль-
ных крючков подвешивают на горизонтальные штанги, прива-
ренные к подвескам конвейера (рис. 75). При обжиге некоторых
крупных деталей, например внутреннего шкафа холодильника,
для предохранения их от коробления помимо подвесок применяют
специальные подставки. Мелкие детали обжигают на подвесных
этажерках. Конструкцию этажерок выбирают применительно
к конфигурации и размерам детали.
В камерных, а также и в конвейерных печах обжиг грунта и
покровной эмали ведут раздельно при разных режимах. Грунт
на деталях газовой аппаратуры и холодильников- обжигают при
температуре 860—920° С. Для борного грунта, как уже указыва-
лось, температура обжига ниже, чем для малоборного.
Температура обжига покровных белых эмалей 820—850° С.
Титановую эмаль лучше обжигать при температуре ниже 850° С,
иначе покрытие приобретает желтоватый оттенок (стр. 190), что
усложняет сборку всего изделия, так как требуется подбирать
детали по цвету. Поэтому при обжиге титановой эмали для каждого
вида деталей нужно подобрать оптимальный режим и строго его
придерживаться. Продолжительность обжига в камерных печах
зависит от общего веса одновременно загружаемых деталей.
Для одной садки она составляет в среднем 2—4 мин. При обжиге
в конвейерных печах для каждой группы однотипных деталей
опытным путем подбирают оптимальную скорость конвейера.
Расход электроэнергии на одноразовый обжиг 1 м2 покрытия
в камерных печах и в конвейерных печах с поднятой зоной обжига
составляет в среднем 1,6—2,1 кет.
После обжига покровной эмали на некоторые детали наносят
различные надписи, а также марку завода одним из описанных
выше способов декорирования (стр. 192). После высушивания
детали с надписями обжигают при температуре 780—800° С.
Безгрунтовое эмалирование
В последние годы в связи с разработкой эмалей, обладающих
высокой степенью заглушенности в тонком слое, промышленное
применение получил способ безгрунтового эмалирования [146,
175].
Безгрунтовое эмалирование наиболее перспективно для изде-
лий, которые при эксплуатации не подвергаются большим механи-
ческим нагрузкам, вызывающим нарушение сплошности покрытия,
и являются простыми по форме (детали холодильников, плит,
стиральных машин, архитектурно-строительные детали, освети-
тельная арматура и т. п.). Кроме того, на этих изделиях эмаль
служит в основном декоративным покрытием и не подвергается
действию агрессивных сред.
Безгрунтовое эмалирование стали позволяет сократить расход
сырьевых материалов, не требует расхода дорогостоящих окислов
сцепления, главным образом соединений кобальта. Преимущество
221
способа заключается также в улучшении качества изделий за счет
уменьшения толщины покрытия и длительности процесса эмали-
рования, так как отпадают операции нанесения и обжига грунто-
вой эмали. Экономия, достигаемая при безгрунтовом эмалирова-
нии, по данным различных фирм, составляет от 10—20% до 50%
[227, 228].
В Советском Союзе безгрунтовое эмалирование в промышлен-
ном масштабе до сих пор не применяется. Объясняется это прежде
всего трудностью получения высококачественного покрытия при
нанесении эмали непосредственно на металл. Для безгрунтовых
эмалей характерны повышенная склонность к образованию про-
гаров, вскипаний, а в ряде случаев недостаточно прочное сцепле-
ние с металлом.
. При безгрунтовом эмалировании стали большое значение имеют
качество металла, подготовка его поверхности, состав эмали и
режим эмалирования.
Для безгрунтового эмалирования применяют титанистые и
обезуглероженные стали (стр. 98). Подготовка поверхности ме-
талла — весьма ответственная операция в технологии безгрунто-
вого эмалирования. Поверхность металла тщательно очищается,
травлением создается ее развитый рельеф, проводится специаль-
ная обработка, обычно в растворах солей никеля, с целью регу-
лирования окалинообразования и электрохимической коррозии.
Обезжиривание стали за рубежом производят в щелочных
растворах (растворы NaOH, КОН, Na2CO3, Na3PO4) или в органи-
ческих растворителях (трихлорэтилен, перхлорэтилен, четырех-
хлористый углерод). Омылителями и эмульгаторами служат
мыла, жидкое стекло и различные синтетические препараты.
Иногда вместо химического обезжиривания применяют черновой
обжиг при температуре 650—750° С.
Большинство способов травления, описанных в литературе,
относится к обезуглероженным сталям. Наиболее распространено
травление в серной кислоте. Концентрация раствора колеблется
в пределах 6—10%, температура 65—75° С, продолжительность
травления 20—30 мин. Для ускорения травления широко исполь-
зуют добавки активаторов: K2Cr2O7, KNO3, NaNO3, KMnO4,
НСгО4, Н2О2идр. Добавление их к исходному раствору в коли-
честве 7—8 г/л ускоряет травление в 5—6 раз, способствует уда-
лению водорода с поверхности стали, уменьшает растворение его
в металле и поддерживает требуемую концентрацию ионов железа
Fe3+ в травильном растворе.
Для стали «Diгоп» применяют длительное травление в 10-про-
центном растворе соляной кислоты (50° С, 20 мин). Травление
сталей «Bethnamel» и «Zerocarbon» осуществляют иногда в 10—
15-процентном растворе лимонной кислоты при 80—90° С в тече-
ние 8—10 мин.
Последовательное травление сначала в 6—8-процентном рас-
творе серной кислоты или в 15-процентном растворе соляной ки-
222
СЛОТЫ, а затем в 6—10-процентном растворе азотной кислоты (при
20—25° С) дает возможность получать особенно чистую и сильно-
корродированную поверхность. По способу фирмы «Ферро» трав-
ление металла осуществляется в 10—30-процентном растворе
фосфорной кислоты при 50—80° С. При этом металл не наводоро-
живается и не перетравливается. Для удешевления процесса
травильный раствор регенерируется.
Хорошие результаты были получены при травлении стали
в озонированном растворе серной кислоты [141].
По данным различных фирм, для получения качественного
покрытия необходимо при травлении удалить с поверхности не
менее 20 г!м2 металла.
Для обеспечения сцепления безгрунтового покрытия со сталью,
уменьшения окисляемости стали во время обжига поверхность
протравленного металла подвергают никелевой обработке. Наи-
более распространен способ осаждения металлического никеля
из раствора сульфата никеля (стр. 121). Разработан также способ
восстановления никеля из раствора сульфата никеля с помощью
гипофосфита натрия. Количество никеля, которое необхо-
димо осадить на поверхность металла, составляет 0,5—2,75 г/л<2,
причем никелевый слой должен быть пористым [229, 230].
Качество безгрунтового покрытия заметно улучшается, если
сталь после травления и никелевой обработки подвергнуть крат-
ковременному (0,5—1 мин) обжигу при температуре 780—820° С.
Иногда вместо никеля осаждают кобальт, медь, сурьму, фосфат-
ную пленку.
Специализированные фирмы, выпускающие сталь для без-
грунтового эмалирования, после всех операций подготовки нано-
сят на поверхность металла слой цинка, предохраняющий металл
от повреждений при транспортировке и складировании. Перед
нанесением эмали слой цинка удаляют травлением.
Для безгрунтового эмалирования обычно применяют тита-
новые эмали. Пригодность титановых эмалей обусловлена в пер-
вую очередь их сильной заглушенностью. Тонкий слой (0,10—
0,15 мм) титановой эмали перекрывает окрашивание, которое
появляется в слое эмали, прилегающем к стали, вследствие раство-
рения окалины. В контакте с металлом титановые эмали в отличие
от сурьмяных и оловянных не восстанавливаются.
Кроме того, титановые эмали хорошо смачивают металл и
имеют с ним достаточно прочное сцепление. Наиболее пригодны
для однослойного эмалирования многоборные титановые эмали
с содержанием борного ангидрида 17—20% (стр. 133). Содержание
фтора в эмали для непосредственного нанесения на сталь не должно
превышать 5—6 вес. ч. на 100 вес. ч. эмали. Повышение коли-
чества фтора вызывает образование пор и пузырей в покрытии.
Возникновение этих пороков, по-видимому, обусловлено взаимо-
действием фторидов с поверхностью стали во время обжига
эмали.
223
Температура обжига безгрунтовых эмалей на 15—30° С выше,
чем при обжиге тех же эмалей по грунту. Безгрунтовое покрытие
требует и более длительного обжига, что вызвано процессами
газовыделения, происходящими в зоне контакта эмаль—металл.
Хорошие результаты дает обжиг в конвейерных печах.
Толщина покрытия при безгрунтовом эмалировании обычно
составляет 0,10—0,15 мм.
Кроме белых титановых эмалей для безгрунтового эмалирова-
ния применяют прозрачные, полузаглушенные и заглушенные
титановые, циркониевые и сурьмяные эмали, окрашенные пиг-
ментами.
В качестве мельничных добавок при безгрунтовом эмалирова-
нии используют глину и бентонит. Заправочными средствами
служат алюминат натрия, нитрит натрия, бура и др. Применение
хлоридов и мочевины для заправки шликера полностью исклю-
чается, так как эти вещества приводят к образованию на покрытии
«булавочных уколов».
Сборка аппаратуры
Готовые эмалированные детали разбраковывают и направляют
на сборку. При транспортировке деталей на сборку, а также
при их складировании и хранении необходимо соблюдать условия,
исключающие повреждение эмалевых покрытий. Плоские детали
укладывают в специальную тару в вертикальном положении,
между деталями прокладывают оберточную бумагу. Детали более
сложной конфигурации укладывают в тару рядами и переклады-
вают деревянными рейками или щитками. Эмалированные детали
хранят в сухих помещениях на специальных стеллажах.
Сборка изделий обычно производится на конвейере. Подго-
няют детали осторожно, без применения больших усилий или
ударов. При установке винтов, а также других крепежных эле-
ментов (полос, уголков и т. д.) во избежание сколов Эмали при-
меняют специальные неметаллические 'прокладки из паранита,
резины и подобных материалов. Во время сборки надо обра-
щать внимание на однотонность эмалевых покрытий на разных
деталях.
Детали, имеющие механические повреждения, деформирован-
ные и т. д., при сборке отбраковывают и возвращают в эмалиро-
вочное отделение на исправление.
Упаковка готовой продукции должна обеспечивать полную
сохранность изделий при погрузочно-разгрузочных работах и
транспортировке.
При местных перевозках обертывают изделия плотной непромо-
каемой бумагой или картоном и в качестве тары используют де-
ревянные решетки.
Для дальних перевозок изделия, обернутые в бумагу, упако-
вывают в деревянные ящики из сухой древесины и закрепляют
224
в них деревянными рейками. Отдельные детали и узлы для защиты
от ударов и повреждений перекладывают плотной оберточной
бумагой или сухой древесной стружкой. На ящиках делают соот-
ветствующие надписи, предупреждающие о необходимости осто-
рожного обращения с грузом.
4. ВАННЫ И РАКОВИНЫ
Стальные эмалированные ванны и раковины по сравнению
с чугунными имеют ряд преимуществ: они значительно легче и
дешевле, а эмалевые покрытия на них обладают большей химиче-
ской устойчивостью. Кроме того, при шликерном способе нанесе-
ния эмали, который применяется для стальных ванн, возможен
механизированный и непрерывный процесс обжига.
Перед эмалированием изделия последовательно проходят про-
цессы обезжиривания, травления кислотой, промывки, обработки
в никелевом растворе, нейтрализации и сушки. Режимы этих про-
цессов почти ничем не отличаются от режимов подготовки к эмали-
рованию деталей газовой аппаратуры и холодильников.
Иногда вместо травления после чернового обжига ванны подвер-
гают дробеструйной обработке (стр. 343).
Для эмалирования стальных ванн применяют грунты и эмали,
близкие по составу к грунтам и эмалям, применяемым для эмали-
рования посудных изделий и газовой аппаратуры. Однако в связи
с тем, что в процессе обжига нагрев ванн проходит сравнительно
медленно и неравномерно, наиболее целесообразно применять
многоборные грунты с содержанием 14—19% В2О3, обладающие
большим интервалом обжига (стр. 127).
В качестве покровной эмали для ванн наиболее пригодны
белые циркониевые эмали (стр. 135). Циркониевые эмали имеют
повышенную щелочеустойчивость и нечувствительны к повторным
обжигам; они наносятся обычно двумя слоями.
Кроме циркониевых, используются также белые титановые
и сурьмяные эмали. Благодаря высокой степени заглушенности
титановые эмали, в отличие от сурьмяных и циркониевых, нано-
сятся одним слоем толщиной 0,10—0,15 мм. Как титановые, так
и сурьмяные эмали по сравнению с циркониевыми имеют меньшую
устойчивость к щелочным растворам. Общая толщина покрытия
циркониевой и сурьмяной эмалями вместе с грунтом составляет
0,5—0,6 мм.
Для внутренней поверхности применяют белые эмали, а для
наружной — цветные: синие, зеленые или коричневые. Иногда
внутреннюю поверхность ванн также покрывают цветными эма-
лями светлых тонов: светло-голубыми, кремовыми и т. д. Примеры
составов белых и цветных покровных эмалей приведены выше
(стр. 137).
На современных крупных заводах изготовляют только цельно-
штампованные ванны, причем процесс изготовления и эмалирова-
15 В. В. Варгии 225
ния полностью механизирован. Для изготовления цельноштампо-
ванных ванн применяют листовую малоуглеродистую холодно-
катаную сталь толщиной 2 мм, выдерживающую глубокую вы-
тяжку. Формовку производят на 1500-тонных прессах в два или
три приема с промежуточным отжигом в печах с защитной атмо-
сферой при температуре 750—820° С. При глубине ванн до 350 мм
штамповку иногда выполняют в один прием.
После вытяжки на штампе делают сливное и переливное отвер-
стия, а затем производят обрезку и отбортовку. К бортам часто
Рис. 76. Общий вид конвейерной печи для обжига стальных ванн
приваривают специальную панель — «фартук». Образовавшиеся
при штамповке заусенцы снимают и зачищают сварные швы. Гото-
вые черновые изделия цепным транспортером подаются в агрегат
подготовки изделий к эмалированию, где последовательно про-
ходят операции обезжиривания, травления, промывки, обработки
в никелевом растворе, нейтрализации и сушки. Подготовленные
к эмалированию изделия навешивают на конвейер и направляют
в специальную автоматическую пульверизационную установку
для покрытия грунтом. На некоторых заводах нанесение грунта
производится при помощи ручных пульверизаторов. Загрунтован-
ные изделия сушат в туннельном сушиле и затем обжигают в кон-
вейерной печи. Температура в зоне обжига составляет окбло
900° С. Время нахождения изделий в зоне обжига 5—7 мин.
Покровные эмали также наносятся на конвейере методом пуль-
веризации. После каждого покрытия следуют сушка и обжиг.
Температура в зоне обжига 820—850° С. Продолжительность на-
хождения изделий в зоне обжига 4—6 мин. Общий вид конвейер-
ной печи для обжига ванн показан на рис. 76. Обжиг ванн на не-
больших заводах производят в муфельных печах с газовым и элек-
226
трическим нагревом. Ванны загружаются в печь на специальном
- посадочном приспособлении в подвешенном состоянии при помощи
загрузочной тележки.
Для упаковки готовых эмалированных ванн применяют спе-
циальные деревянные решетки, предохраняющие их от механиче-
ских повреждений при транспортировке.
Кухонные раковины изготовляют из малоуглеродистой хо-
лоднокатаной листовой стали толщиной 1,2—1,5 мм методом хо-
лодной штамповки. Вытяжку раковин выполняют на 300—350-
тонных прессах в один прием, после чего производят проколку
сетки, обрезку и отбортовку. К отформованной раковине точечной
сваркой приваривают кронштейны и сливной патрубок. Спинки
раковин, кронштейны и детали сливного патрубка изготовляют
также методом холодной- штамповки.
Для эмалирования раковин чаще всего применяют белые
сурьмяные или титановые эмали, используемые для эмалирования
деталей газовой аппаратуры и холодильников.
Технологический процесс эмалирования раковин принципи-
ально не отличается от общепринятого процесса эмалирования
деталей бытовой аппаратуры. На современных крупных заводах
процесс эмалирования раковин полностью механизирован.
5. АРХИТЕКТУРНЫЕ ДЕТАЛИ. ВЫВЕСКИ И ТАБЛИЦЫ
Архитектурные детали
Применение эмалированного металла в качестве облицовочного
материала впервые было предложено еще в 1890 г. Однако широкое
распространение в строительстве эмалированный металл получил
лишь в последние десятилетия главным образом в США и в За-
падной Европе. За границей удельный, вес строительных деталей
в общем выпуске эмалированных изделий непрерывно возрастает;
например, в США строительные детали составляют более 10%
всего производства эмалированных изделий [231].
В СССР с использованием эмалированного металла строятся
экспериментальные здания.
1 Широкое применение эмалированного металла в строительстве
обусловлено рядом ценных свойств, которые весьма выгодно
отличают его от прочих строительных материалов. К числу пре-
имуществ относится прежде всего возможность получения самых
разнообразных окрасок и текстуры поверхности. При этом окраска
не изменяется под воздействием атмосферы и солнечного света.
Высокая коррозионная устойчивость эмалевых покрытий придает
эмалированным архитектурным деталям долговечность. Малый
вес, легкость и быстрота монтажа, огнестойкость, несложность
очистки, возможность механизации изготовления архитектурных
деталей при серийном производстве также являются очень важ-
ными свойствами.
15*
227
Архитектурные детали изготовляют из листовой стали, алю-
миния и алитированной стали. По сравнению с деталями из эма-
лированного алюминия стальные архитектурные детали обладают
большей прочностью, обходятся несколько дешевле, но имеют
значительно больший вес.
Эмалированный металл используют главным образом при со-
оружении стен, реже — для кровли. Известны два вида примене-
ния листового эмалированного металла: в качестве облицовочного
материала (плит, панелей) для обычной кладки и в качестве
оболочки стеновых блоков-панелей, представляющих собой кон-
структивный материал для сооружения несущих стен.
Рис. 77. Виды строительных панелей: а — формованная облицовочная плита;
б — облицовочная плита на твердом изоляционном материале; виг — строитель-
ные блоки на связке; д, е, ж — блоки с механическим креплением
1 — эмалированный металл; 2 — твердый теплоизоляционный материал; 3 — склеиваю-
щая связка; 4 — прокладка; 5 — воздушный промежуток; 6 — место сварки; 7 — кре-
пежные болты
1. Облицовочные плиты и панели различных размеров широко
применяются при строительстве новых зданий, при реставрации и
перестройке старых сооружений. Для крепления облицовочных
панелей и плиток на кладке используют разные способы: механи-
ческое крепление на крюках или болтах непосредственно к самой
стене или к укрепленным на ней деревянным рейкам, приклеива-
ние металла к стене синтетическими смолами и др. Промежутки
между панелями заполняют резиновыми прокладками. Облицо-
вочные металлические панели отличаются большой механической
прочностью и огнестойкостью. Размеры их значительно больше,
чем у керамических облицовочных плиток, что упрощает монтаж
и позволяет получать большие гладкие поверхности. Цветные
облицовочные панели весьма декоративны и широко исполь-
зуются в рекламных целях при сооружении торговых помещений,
фирменных зданий, ресторанов, киосков, автозаправочных стан-
ций и т. д. Облицовка эмалированными металлическими плитками
широко применяется и для интерьера в медицинских учрежде-
228
ниях, школах, в санитарных узлах жилых зданий, на лестничных
клетках и т. д.
2. Стеновые блоки-панели с использованием в качестве обо-
лочки эмалированного металла особенно широко начали применять
после разработки синтетических клеящих веществ, а также тепло-
и звукоизоляционных материалов высокого качества. Стеновые
блоки позволяют снизить вес стен по сравнению с кирпичной
кладкой в 8—9 раз при том же тепло- и звукоизоляционном дей-
ствии. Наружный слой — эмалированный металл, внутренняя
часть блока заполняется пеностеклом, перли-
том, вермикулитом, стекловолокном, ячеистым
картоном, алюминиевой фольгой или другими
наполнителями. Эмалированный металл и на-
полнитель соединяют чаще всего при помощи
склеивающих веществ на специальных прессах
под давлением. В качестве связок при изготов-
лении таких «слоистых» панелей применяют
различные смолы—феноловые, неопреновые,
виниловые, эпоксидные и др. В процессе прес-
сования полностью выправляются неровности
эмалированного металла. Иногда панели изго-
товляют и с механическим креплением наруж-
ной оболочки и наполнителя.
На рис. 77 показаны примеры изготовления
и крепления 'облицовочных плит и слоистых
панелей, на рис. 78 — схематический разрез
слоистой панели.
Здесь рассматривается лишь изготовление
стальных архитектурных деталей, об изготов-
лении деталей из алюминия сказано ниже.
Толщина стали может быть различной —
2,0—0,45 мм; обычно применяют сталь толщи-
ной 0,9 мм. Размеры панелей также различны —
от 400X400 мм (плитки) до 1000x3000 мм.
форма панелей могут быть весьма разнообразными. Они зависят
от вида и назначения здания, способа крепления и монтажа.
Изготовляют как гладкие, так и рифленые или формованные
панели, что позволяет разнообразить внешний вид облицовки.
При конструировании учитывают особенности процесса эмали-
рования: нельзя допускать острых углов, малых радиусов за-
кругления и т. п.
Особый вид облицовочного материала представляет тонкая
листовая рулонная сталь толщиной 0,3 мм, которая после непре-
рывного процесса эмалирования вновь скатывается в рулон. От
такого рулона на месте строительства можно отрезать куски тре-
буемых размеров и крепить их с помощью клеящих веществ не-
посредственно на кладку как обои или использовать в качестве
оболочки для слоистых стеновых панелей.
Рис. 78. Вертикаль-
ный разрез собран-
ной панели:
1 — эмалированная
сталь; 2 — поливи-
ниловая * прокладка;
3 —твердая изоляция
(пеностекло); 4—воз-
душный промежуток
Конструкция и
229
Подготовка стальных изделий для эмалирования ведется
обычными способами. Вместо чернового отжига с последующим
травлением часто производят химическое и электролитическое
обезжиривание поверхности металла (стр. 201). Чистота поверх-
ности стали должна быть безукоризненной; дефекты, которые
могут возникнуть из-за плохой подготовки поверхности, на эмали
недопустимы.
Нанесение шликера на изделия чаще всего производится спо-
собом пульверизации (стр..211). На некоторых предприятиях при-
меняют и электростатические методы, при использовании которых
плоская поверхность строительных деталей оказывается особенно
удобной (стр. 216). Нанесение эмали на строительные плиты и
панели легко механизировать и автоматизировать. Обычно изде-
лия перемещаются по конвейеру в подвешенном состоянии, про-
ходя через пульверизационные камеры, где имеется один или
несколько пульверизаторов, автоматически перемещающихся
в вертикальной плоскости. В случае передвижения изделий по
конвейеру в горизонтальном положении (например, облицовочных
плиток небольших размеров) пульверизаторы перемещаются также
в горизонтальной плоскости (стр. 214).
До_сих пор эмали на архитектурные стальные детали часто
наносят двумя слоями. Вначале наносят слой грунтовой эмали,
а затем покровную эмаль требуемого цвета. Грунтовую эмаль на-
носят и на обратную сторону изделия с целью защиты стали от
коррозии. Для архитектурных изделий осуществлено в промыш-
ленных масштабах безгрунтовое эмалирование, что значительно
удешевляет и упрощает процесс (стр. 221).
Толщина слоя эмали в зависимости от ее вида составляет
0,07—0,15 мм.
Архитектурные детали обжигают в обычных эмалировочных
печах. Наиболее прогрессивен способ обжига в конвейерных элек-
тропечах с принудительной конвекцией воздуха (стр. 173). Одно-
родность температуры по всему изделию имеет существенное
значение для достижения постоянства заглушенности'*'и цвета
эмали. Чаще всего изделия обжигают в подвешенном состоянии
в вертикальном положении для уменьшения возможных во время
обжига деформаций, а также следов от обжигового инструмента.
Простота формы большинства архитектурных”деталей позво-
ляет осуществить полную механизацию всех процессов эмалиро-
вания, от подготовки поверхности металла до обжига готовой про-
дукции. Широко используются ванны, сушила и печи непрерыв-
ного действия, а при подготовке металла — душирующие
установки. Для быстрой сушки покрытых шликером изделий'при-
меняют установки с инфракрасными сушильными устройствами.
Непрерывно растущая потребность в строительных материалах
вызывает необходимость создания крупных высокомеханизирован-
ных предприятий с оборудованием, специально предназначенным
для выпуска строительных эмалированных деталей. Этим пред-
230
приятиям необходимы специальные печи с определенным соотно-
шением ширины и высоты печного пространства., приспособленные
для обжига плоских изделий.
В качестве примера приведем описание процесса изготовления
стальной эмалированной облицовочной ленты на одном из за-
рубежных специализированных заводов [232]. Материалом для
эмалирования является тонкая рулонная холоднокатаная сталь
толщиной 0,25—0,54 мм. Длина стальной ленты, намотанной на
каждый рулон, 1220 м, ширина 60—120 см. Металл поступает на
эмалировочный завод после электролитического обезжиривания,
и на самом заводе дополнительная очистка поверхности не произ-
водится.
Первой стадией процесса является обработка в ванне с раство-
ром соли никеля, в которую непрерывно движущаяся лента по-
гружается при помощи стальных роликов, поддерживающих ее
ниже уровня раствора. Раствор соли никеля непрерывно филь-
труют, каждые два часа определяют его концентрацию, и раствор
в случае необходимости корректируют. По выходе из ванны лента
проходит через водяную ванну и затем просушивается инфра-
красными лампами. Движение ленты происходит в горизонталь-
ной плоскости и осуществляется фрикционными вращающимися
валиками, задающими скорость ее перемещения по всему пути,
начиная с размоточного барабана, на который устанавливается
рулон, до намоточного барабана, куда наматывается эмалиро-
ванная лента. Первый ролик помещен непосредственно перед
кабиной, в которой наносится грунтовая эмаль, второй — перед
кабиной нанесения покровной эмали; третий — на выходе из печи
обжига покровной эмали. Нанесение эмали производится автома-
тически передвигающимися пульверизаторами одновременно на
верхнюю (лицевую) и на нижнюю сторону ленты. Сушка грунто-
вого слоя осуществляется за счет тепла отходящего от печи воз-
духа. Печь представляет собой узкий туннель, через который про-
ходит лента, натянутая между первым и вторым фрикционными/
роликами. Таким образом, в печи нет никаких подставок или под-
весок; лента проходит свободно, не остается никаких следов
обжиговых приспособлений. Прогиб ленты в печи можно регули-
ровать скоростью вращения валиков. Скорость движения ленты
регулируется в зависимости от температуры и времени обжига
того или иного состава эмали. Движение всех трех валиков син-
хронизировано и управляется с центрального пульта. После охла-
ждения на обожженный грунт наносят слой шликера покровной
эмали требуемого цвета и производят сушку, а затем обжиг по-
кровной эмали.
Готовая лента проходит контроль, который осуществляется
визуально с использованием ламп дневного света: проверяется
отсутствие видимых дефектов и соответствие цвета покрытия тре-
буемым стандартам. При наличии дефектов поврежденный уча-
сток ленты выбрасывают. Готовая эмалированная лента вновь
231
сматывается в рулон и поступает на изготовление слоистых панелей
или для облицовки. При необходимости сменить цвет эмали движе-
ние ленты не прекращают, а только меняют шликер, поступающий
в пульверизаторы. Можно получать и эмали с декоративной от-
делкой, для чего используют дополнительные пульверизаторы.
Непрерывное автоматизированное производство требует тщатель-
ного контроля на всех операциях. Особенно высокие требования
предъявляются к однородности шликера.
Эмали для архитектурных деталей должны обеспечивать высо-
кую химическую устойчивость покрытия в условиях длительных
воздействий атмосферы и ста-
бильность окраски. О воздей-
ствии солнечных лучей на цвет
эмалевых покрытий известно
[3, стр. 317], что под действием
ультрафиолетового света при
отсутствии химического разру-
шения окраска эмалей не ме-
няется. Имеется большое коли-
чество исследований химической
устойчивости к воздействиям
атмосферы. Непосредственное
наблюдение за зданиями, выпол-
ненными с применением эмали-
рованного металла, показало,
что по долговечности эмалевые
покрытия превосходят другие
виды отделки фасадов. Однако
при разработке новых видов
эмалей или выборе вида эмали
Продолжительность экспозиции (годы)
Рис. 79. Зависимость устойчивости
против воздействия атмосферных усло-
вий от продолжительности экспозиции
для эмалей различных классов кисло-
тостойкости: АА, А, В, С, D
для покрытия архитектурных деталей невозможно каждый раз
подвергать эмали длительным испытаниям в атмосферных усло-
виях. Специальные исследования с целью установить связь между
устойчивостью эмалей к различным химическим реагентам и
поведением эмалевых покрытий в условиях эксплуатации были
проведены в США Национальным бюро стандартов [233]. Было
установлено, что эмали, обладающие высокой устойчивостью про-
тив действия водных растворов органических кислот, в течение
15 лет экспозиции на открытом воздухе не потеряли блеска и
окраски. На рис. 79 приведены данные, показывающие уменьшение
блеска, эмалей различных классов химической устойчивости
(см. стр. 448) в результате длительного воздействия атмосферных
условий.
Для архитектурных деталей оказываются пригодными только
эмали, относящиеся к высшим классам кислотоустойчивости
(АА и А). Особое место занимают эмали, в состав которых входят
кадмиево-сернистые и кадмиево-селеновые пигменты (эмали жел-
тых и красных тонов). Эти эмали на воздухе под влиянием медлен-
232
ного окисления пигментов постепенно обесцвечиваются. Для
контроля их устойчивости рекомендуется кипячение в окислитель-
ной среде 2,5 ч (в 10-процентном водном растворе азотной кислоты).
Если после этого испытания потери веса не превышают 1 мг на
1 см? поверхности покрытия, эмали можно считать пригодными.
Однако достаточная химическая устойчивость самой эмали
не предотвращает коррозии металла в случае дефектов покрытия.
Развитие коррозии происходит очень интенсивно даже при нали-
чии участков обнаженного металла на обратной стороне листа
(например, следов от инструмента при обжиге плиток в горизон-
тальном положении). Именно поэтому стальные облицовочные
панели покрывают эмалью с двух сторон или защищают обратную
сторону листа антикоррозионными гальваническими покрытиями.
При использовании в качестве основного металла алюминия
и его сплавов эмалирование обратной стороны листа имеет целью
только уменьшить деформацию металла в процессе обжига.
Стабильность окраски, отсутствие разнотонности обеспечи-
вается особо тщательным контролем производства, начиная от
составления шихт и кончая режимом обжига эмали. Даже не-
большие отклонения от разработанного процесса могут вызвать
изменения окраски эмалированного металла, что совершенно не-
допустимо при сооружении крупных зданий.
В настоящее время при эмалировании стальных архитектур-
ных деталей используют для белых и пастельных тонов титановые
эмали, а для ярких цветов — фтористые эмали с добавками пигмен-
тов при помоле. Для окраски эмалей селеново-кадмиевым и пигмен-
тами разработаны специальные составы, содержащие окислы
кадмия или цинка (стр. 137).
Для создания декоративных эффектов часто используют эмали-
рованные панели и плиты не только разных цветов, но и различной
текстуры поверхности с разной степенью блеска — от сильно
блестящих до совершенно матовых. Матовые эмали [234, 235]
получают вводя при помоле тугоплавкие добавки, малораство-
римые в эмали, — тонкоизмельченный кварцевый песок, глино-
зем, двуокись титана. Предложен способ [235], по которому на еще
не остывшую после обжига поверхность эмали напудривают ча-
стицы кварца. Размеры частиц подбирают так, чтобы поверхность
получила требуемую текстуру. После этого наносят второй слой
эмали и обжигают его. Верхний слой может быть как заглушенным,
так и прозрачным.
В последнее время эмалируют также алитированную сталь для
строительных целей, используя легкоплавкие эмали, разработан-
ные для алюминия и его сплавов, с температурой обжига 550—
560° С (стр. 395). Такая низкая температура обжига дает возмож-
ность, не вызывая деформации, обжигать изделия, изготовленные
из алитированной стали очень малой толщины; тем самым дости-
гается существенная экономия веса деталей при сохранении ма-
териалом механических свойств стали. Кроме того, алитированную
233
сталь не нужно эмалировать с обратной стороны, так как слой по-
крывающего ее алюминия — достаточная защита от коррозии.
Тонкое эмалевое покрытие алюминированной стали позволяет
производить различную механическую обработку (сверление,
резку и т. п.) этого материала, как и эмалированного алюминия,
на месте строительства. Большим преимуществом является то,
что алитированная сталь, так же как алюминий, не подвергается
заметной коррозии в местах трещин или других повреждений
эмалевого покрытия.
Вывески и таблицы
Производство эмалированных вывесок, пластин, реклам, до-
рожных знаков, уличных указателей, таблиц, циферблатов и т. д.
обычно организуется при крупных эмалировочных цехах, выпу-
скающих хозяйственную посуду, газовую аппаратуру или дру-
гие стальные эмалированные изделия. Это дает возможность
использовать современное высокопроизводительное оборудова-
ние, обеспечивает высокое качество и низкую себестоимость про-
дукции.
Для изготовления вывесок и пластин' чаще всего используют
отходы металла основного производства. При этом важное зна-
чение имеет предварительная сортировка отходов по толщине.
Изготовление заготовок одних и тех же пластин из металла раз-
ной толщины неизбежно приводит к появлению брака по недо-
жогам и пережогам покрытия, а также по деформации пластин
при обжиге.
Вырубку заготовок и их формовку выполняют на прессах
специальными вырубными или формовочными штампами. Кре-
пежные отверстия в пластинах получают прокалыванием на спе-
циальных штампах или сверлением на станках. Иногда вместо
отверстий с торцовой стороны пластин приваривают зацепы,
крючки, скобы, петли и т. д. Во избежание прожога металла при
сварке толщина металла для крепежной арматуры не должна
превышать толщины металла основных пластин. После приварки
крепежной арматуры места сварки с лицевой стороны пластины
должны быть тщательно зачищены.
Процесс подготовки изделий к эмалированию практически
не отличается от подготовки деталей бытовой аппаратуры и дру-
гих. плоских изделий. Грунт наносят на изделия с обеих сторон
или с одной стороны. Одностороннее эмалирование применяется
обычно для мелких изделий (шкалы, циферблаты, мелкие пла-
стины). При одностороннем нанесении грунта на обратной стороне
изделий во время обжига образуется рыхлый слой окалины, ко-
торый отслаивается при последующем обжиге покровной эмали
и засоряет ее. Чтобы избежать чрезмерного образования окалины,
заготовки перед эмалированием необходимо более Тщательно
обрабатывать в никелевом растворе. Концентрация раствора
234
сульфата никеля должна быть в пределах 0,4—1%, температура
70—80° С, продолжительность обработки 5—7 мин. Для покры-
тия пластин применяют те же грунты, которые используются для
плоских деталей бытовой аппаратуры.
Грунтовый шликер наносят как окунанием (двустороннее
эмалирование), так и пульверизацией (одностороннее эмалирова-
ние). При одностороннем нанесении грунта изделия укладывают
на редкие металлические сетки, натянутые на деревянные или
металлические рамы. Загрунтованные изделия на тех же сетках
переносят в сушильную камеру или на конвейер сушила.
Обжиговый инструмент и подвески, применяемые при обжиге
пластин, должны обеспечивать сохранность их формы в процессе
обжига. Пластины с односторонним покрытием наиболее целе-
сообразно обжигать на решетках с ножами. Изделия с двусторон-
ним покрытием обжигают обычно на решетках с иглами. Иглы
размещают в шахматном порядке на расстоянии 50—60 мм одна
от другой. Для обжига тонких пластин применяют специальные
посадочные приспособления, на которые пластины устанавли-
вают в наклонном положении под углом 45°.
Обжиг грунта на мелких пластинах и циферблатах лучше
вести в небольших муфельных электрических печах мощностью
20—50 кет, так как в больших печах трудно добиться равномер-
ного обжига изделий, затруднена их укладка на решетки и раз-
грузка решеток после обжига. Кроме того, возможны частые
случаи сдвига изделий и слипания их в процессе обжига.
Если обжиг мелких пластин осуществляется в больших му-
фельных печах, то наиболее целесообразно пользоваться кас-
сетами, на которые пластины укладывают заблаговременно,
а затем кассеты устанавливают на решетки. При таком способе
укладки изделий значительно ускоряется процесс загрузки и
разгрузки решеток.
По слою эмали на пластинах наносят надписи, рисунки и т. д.
Поэтому для эмалирования пластин применяют как белые эмали
(титановые, сурьмяные, фтористые), так и цветные. Однако ти-
тановые эмали не всегда могут быть использованы, так как при
повторном обжиге они приобретают желтоватый оттенок. Покров-
ная эмаль наносится на пластины только с лицевой стороны.
Обжиг эмали обычно производится при температуре 800—850° С.
Надписи на изделия наносят разными способами. Например,
надписи получают заполнением выдавленных при формовке или
сделанных восковым карандашом контуров букв керамическими
красками или цветными эмалями. Керамические краски разводят
терпентиновым маслом и наносят при помощи мягкой кисти
тонким слоем. После этого изделия с надписями тщательно вы-
сушивают и обжигают при температуре 750—800° С.
Для нанесения надписей широко применяется способ вычистки
через трафарет. Он состоит в следующем. На эмалированную
поверхность методом пульверизации наносят слой эмали другого
235
цвета, а затем после сушки через трафарет вычищают эмаль
между буквами при помощи жестких щеток. Далее производят
окончательную корректировку надписей, подчищая контуры букв,
а также удаляют эмаль, оставшуюся под перемычками на тра-
фарете.
Для изготовления трафаретов чаще всего применяют тонкий
эластичный прочный картон, например прессшпан. Иногда вместо
трафаретов-шаблонов пользуются специальными рамами, в ко-
торые набирается соответствующий текст из отдельных букв.
После корректировки надписей и обдувки эмалевой пыли с по-
верхности сжатым воздухом пластины обжигаются. При вычистке
эмали по трафарету образуется много пыли. Поэтому эту операцию
нужно производить на специальных столах, оборудованных вы-
тяжными устройствами. Счищенная эмалевая пудра собирается
в приемные бункера, которые' также должны быть подключены
к вытяжной системе.
При нанесении надписей способом вычистки через трафарет
большое влияние на производительность труда и иа качество над-
писей оказывает прочность высушенного эмалевого слоя. Если
слой эмали слабо удерживается на поверхности пластины и между
частицами эмали не имеется достаточной связи, то сухой шликер
удаляется легко, но при этом контуры букв часто осыпаются.
При чрезмерно прочном эмалевом слое процесс удаления эмали
через трафарет значительно затруднен. Подбирая нужные то-
нину помола эмали, содержание глины в шликере и режим сушки
покрытия, добиваются оптимальных условий, при которых эма-
левый слой удаляется легко и осыпания шликера на надписях
не наблюдается.
В последнее время большое распространение получил метод
нанесения надписей и рисунков при помощи шелковой сетки и
другие методы, применяемые для декорирования посудных изде-
лий (стр. 192). ’
При изготовлении реклам часто используют одновременно два
или несколько методов. Например, надписи наносят способом
вычистки через трафарет, а изображение или рисунок — фото-
методом. В таких случаях пластину обжигают после нанесения
надписи и рисунка или фотографии.
Шкалы, циферблаты и другие надписи, требующие большой
точности изображения, обычно наносят методом фотографии.
Для вывесок, которые должны светиться в темноте, применяют
светящиеся эмали. Их получают введением в эмаль добавок све-
тящегося вещества. Такими добавками служат сульфиды цинка
или щелочно-земельных металлов, содержащие следы тяжелых
металлов [3, стр. 384]. Сульфиды довольно легко окисляются под
действием высоких температур и теряют способность к свечению.
Это явление можно заметно ослабить, вводя светящиеся веще-
ства в легкоплавкую эмаль, которая должна быть прозрачной,
по химическому составу нейтральной или щелочной. Этим требо-
236
ваниям удовлетворяют, в частности, эмали для алюминия. Све-
тящиеся эмали наносят на вывески поверх белой сильно заглу-
шенной эмали.
Светящиеся вещества обычно вводят в тон кор азмолоту ю эмаль
и тщательно с ней перемешивают. Размалывать эмали совместно
со светящимися веществами не следует, так как при этом в послед-
них происходит разрушение кристаллов, что ведет к резкому
ослаблению свечения. Светящиеся вещества добавляются в ко-
личестве 20—50 вес. ч. на 100 вес. ч. эмали. Шликер эмали наи-
более целесообразно готовить на спиртовом растворе. В качестве
мельничной добавки вводят 0,5% бентонита. Свечение эмалей,
содержащих обычные сульфиды, вызывается их предварительным
освещением. По истечении небольшого промежутка времени све-
чение ослабляется, а затем совсем прекращается. Для возбужде-
ния свечения необходимо повторное освещение.
Для получения эмалей с постоянным свечением в эмалевый
шликер добавляют светящиеся вещества, содержащие радиоактив-
ные элементы. Свечение таких эмалей происходит без предвари-
тельного их освещения и может продолжаться, в течение несколь-
ких лет. Во избежание поглощения радиоактивного излучения
самосветящиеся эмали должны содержать металлы с низким
атомным весом. Хорошие результаты были получены при приме-
нении несплавленной шихты. Для таких эмалей предлагается
[236] следующий состав (в вес. ч.): борная кислота — 31,5;
натровое растворимое стекло — 19,5; карбонат кальция — 19;
безводная бура—-44; окись цинка — 31,5; светящееся вещество-
10—20.
Светящиеся эмали наносят общепринятыми методами. Обжиг
таких эмалей должен быть кратковременным.
Надписи на светящиеся эмали наносят указанными выше ме-
тодами. Красками служат легкоплавкие стекла, окрашенные
в требуемый цвет. Обжиг краски обычно производят при более
низкой температуре, чем обжиг светящейся эмали.
Светящиеся эмали имеют пониженную химическую устойчи-
вость. Поэтому для защиты от атмосферного воздействия их
иногда покрывают тонким слоем прозрачной легкоплавкой гла-
зури или кремнеорганичёского лака.
Электролюминесцентные панели. Электролюминесцентные па-
нели — равномерно светящиеся тонкие пластины, которым может
быть придана любая форма. Они весьма перспективны для осве-
щения шкал различных приборов, особенно на транспорте [237,
238]. Для возбуждения свечения люминофора можно использовать
действие переменного электрического поля средней напряжен-
ности 10® в/см. На этом основана работа осветительных электро-
люминесцентных панелей, которые могут быть изготовлены на
металлической основе методом эмалирования. На рис. 80 при-
ведена принципиальная схема электролюминесцентной панели.
В качестве электролюминофоров применяют ZnS, активирован-
237
ный различными добавками. Интенсивность свечения зависит
от напряжения и частоты переменного поля.
На металлическую основу наносится слой белой эмали, напри-
мер безгрунтовой титановой, предназначенной для отражения
света и для изоляции от металла
в смеси с люминофором. Толщина
слоя приплавочного стекла
слоя приплавочного стекла
Рис. 80. Схема' электролюминесцентной па-
нели:
/ — металлическая пластина — первый электрод;
2 — эмалевый слой, отражающий свет; 3 — смесь
прозрачного стекла с люминофором; 4 — прозрач-
ная электропроводящая пленка окнси олова—
второй электрод; 5 — защитный слой лака
15—30 мкм\ его наносят
поверх обожженной эмали
способом пульверизации.
Обжиг стекла с люмино-
фором ведут при темпера-
туре 630—700° С. В каче-
стве приплавочных приме-
няют легкоплавкие щелоч-
ноцинкоборосиликатные
стекла. Поверх электро-
люминесцентного слоя на-
носят токопроводящую
пленку SnO2 из спирто-
вого раствора SnCl4, напыляемого на еще не остывший после
обжига слой. Для электроизоляции проводящую пленку защи-
щают прозрачным лаком или легкоплавким стеклом, оставляя
у края непокрытый участок для присоединения одного из электри-
ческих контактов. Кроме стали, в качестве основы электролюми-
несцентных' панелей применяют алюминий.
6. ХИМИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА
Общая характеристика
стальной эмалированной аппаратуры
Химическая эмалированная аппаратура применяется во мно-
гих отраслях промышленности. Более половины выпускаемой
аппаратуры потребляет химическая и нефтяная промышленность;
другими крупными потребителями являются легкая, медицинская,
пищевая промышленность.1
Технический уровень современной эмалированной аппаратуры
характеризуется следующими данными[239]; максимальная емкость
цистерн достигает 150 м3, аппаратов — 80 м3; рабочее давление
серийной аппаратуры составляет 3—15 ат, а специальной до
70 ат-, рабочая температура серийной аппаратуры в различных
коррозионных средах 100—300° С, а специальной аппаратуры
до 370° С; максимальная поверхность теплообменников 30—40 м\
Эффективность применения эмалированной аппаратуры опре-
деляется сочетанием в ней ценных эксплуатационных свойств
стекла (высокая коррозионная стойкость, гигиеничность, лег-
кость очистки) и металла (высокие механические свойства).
1 В СССР эмалированные аппараты изготовляются по ОСТу 26-01-1—70.
238
Эмалированные аппараты из черных металлов дешевле аппаратов
из коррозионностойких цветных металлов, нержавеющих сталей
и сплавов. Аппараты из нержавеющих сталей и сплавов не могут
заменить для ряда производств эмалированную аппаратуру. Кера-
мика и стекло применимы лишь в исключительных случаях и
соверщенно непригодны для изготовления крупногабаритной
сложной аппаратуры и аппаратов, работающих под давлением.
Защитные свойства и долговечность службы эмалевых покры-
тий определяются коррозионной стойкостью к действию реаген-
тов при различных условиях, сплошностью покрытий (отсутствие
пор, пузырей, трещин, отколов) и способностью противостоять
появлению этих дефектов при эксплуатации.
Установлены четыре класса эмалевых покрытий: высший
(0), первый и второй — для агрессивных сред, третий — для
нейтральных и слабо агрессивных сред.
Коррозионная стойкость. Химико-аппаратурные эмалевые по-
крытия устойчивы к воздействию большинства органических и ।
неорганических кислот и их смесей в широком интервале темпе- 1
ратур и концентраций, что выгодно отличает их от коррозионно-
стойких металлов, имеющих обычно избирательную устойчивость.
Исключение составляют плавиковая и кремнефтористоводород- >
ная кислоты, разрушающие все силикатные материалы. При тем-
пературе кипения наиболее сильное действие на кислотоупорные
эмали оказывают соляная и концентрированная фосфорная кис-
лоты, особенно в присутствии следов фтора. Серная и азотная
кислоты менее агрессивны. Слабее также действуют растворы
органических кислот. Эмали обладают высокой устойчивостью
к действию растворов минеральных солей, органических соеди-
нений. Щелочные растворы действуют на силикатные эмали го-
раздо агрессивнее, чем кислые, причем с повышением концентра-
ции и температуры действие их возрастает значительно резче,
чем действие кислых.
Паровая фаза кислот также действует на эмали. Как правило,
при низкой концентрации кислот действие паровой фазы агрес-
сивнее, чем жидкой.
С повышением температуры и давления действие агрессивных
растворов резко усиливается. В этих условиях кислотоупорные
эмали оказываются значительно более устойчивыми к действию
кислот, чем воды.
В табл. 25 приведены данные о стойкости химико-аппаратур-
ной эмали к действию различных реагентов при температуре ки-
пения в течение 100 ч по данным завода «Красный Октябрь» [240].
. По стойкости покрытия разделены на 5 групп х:
1 По ГОСТу 13819—68 конструкционные материалы (не покрытия) оцени-
ваются по скорости коррозии, выраженной в мм!год. Совершенно стойкими счи-
таются материалы при скорости коррозии до 0,001; весьма стойкими — 0,001—
0,01; стойкими — 0,01—0,1; пониженно стойкими — 0,1—1,0; малостойкими —
1,0—10,0; нестойкими—свыше 10,0 мм!год.
239
Таблица 25
Данные по стойкости кислотостойких стеклоэмалевых покрытий
Наименование среды Концентрация в % Группа стойкости Наименование среды Концентрация В % Группа стойкости
5 А Молочная 5 А
Уксусная • кислота 20 50 Б Б кислота 20 50 А Б
Концентри- А Одипиновая 5 А
рованная кислота 20 А
Соляная 5 20 А Б Сульфосалици- 5 9Q А д
кислота Концентри- рованная В ловая кислота 50 Б
5 А
Азотная 5 А Муравьиная 20 А
кислота 20 Б кислота 50 А
Концентри- в
5 А рованная
Фосфорная кислота 20 50 А Б Бензойная кислота 5 Б
Концентри- Г Борная 5 Б
рованная 10 А
кислота
Хлорная 5 А 20 Б
кислота 20 А Едкий натр 5 Д
5 А 10 Д
Лимонная 20 А Углекислый 5 Г
кислота 50 Б натр 10 Д
20 Г
5 Б Натрий 5 А
Серная 20 50 Б А бромистый 20 А
кислота
Концентри- рованная А Аммоний 5 20 А А
* 5 А хлористый 50 А
Винная 20 Б
кислота 50 Б 5 А
Натрий 10 А
5 А сернокислый 20 Б
Щавелевая 10 Б 30 Б
кислота 20 А 50 Б
Примечание. Под воздействием большинства приведенных реагентов
в течение 100 ч поверхность покрытия сохраняет блеск. Наблюдается значительная
потеря блеска в концентрированной фосфорной кислоте, в растворах едкого и
углекислого натра. Незначительная потеря блеска — в 20-процентиой и концен-
трированной соляной кислоте, в растворах фосфорной и борной кислот.
240
группа А — совершенно стойкие; потеря веса при кипячении
в течение 100 ч менее 0,2 мг/см2;
группа Б — стойкие; потеря веса от 0,2 до 0,5 мг!см2\
группа В — удовлетворительно стойкие; потеря веса от 0,5
до 0,8 мг!см2',
группа Г — малостойкие; потеря веса от 0,8 до 1,5 мг/см2-,
группа Д — нестойкие; потеря веса более 1,5 мг/см2.
в)
Рис. 81. Изокоррозионные кривые
устойчивости эмалированной стали
и коррозионностойких металлов
в соляной (а), серной (б) и азот-
ной (в) кислотах:
1 — температура кипения; 2—кислото-
упорная эмаль; 3—тантал; 4—хастел-
лой В; 5 — титан; 6 — сплав Carpenter
20 Nb; 7 — нержавеющая хромоникеле-
вая сталь типа 18/8
По стандарту ФРГ DIN 51157 [241] скорость коррозии vK
при 48-часбвом испытании в кипящей 20-процентной соляной
кислоте для кислотоупорной эмали составляет в жидкой фазе
не более 0,14 г/ м2-сутки, в паровой фазе не более 0,27г!м2-сутки.
Щелочестойкость по DIN 51156 [241] по отношению к 1 н. рас-
твору NaOH характеризуется следующей скоростью коррозии:
Температура в °C .... 50 60 70 80 90 95
vK в г! м2,-сутки. ......... 0,5 0,75 1,5 3,0 6,0 8,5
В американской, французской и японской эмалировочной
промышленности коррозионную стойкость чаще характеризуют
глубинным показателем коррозии, выраженным в мм/год,
дюйм/год (ipy) или миллидюйм/год (тру). Показатель рассчиты-
вают из весовых потерь при длительных испытаниях (обычно
не менее 48 ч и до 30 суток).
16 в. В. Варгин 241
Наибольшей устойчивости отвечают классы А и В (скорость
коррозии от 0,01 до 0,1—0,5 мм/год)-, удовлетворительными и
малостойкими считаются покрытия класса С и D (от 0,1—0,5
до 1,0—1,3 мм/год) и неустойчивыми при скорости коррозии
более 1,0— 1,3 мм!год.
На рис. 81, а, б, в приведены изокоррозионные кривые для
химико-аппаратурной эмали и некоторых коррозионностойких
металлов, соответствующие скорости коррозии около 0,1 мм!год
[24211 Лишь немногие металлы (платина, золото, а в некоторых
случаях серебро, тантал) могут конкурировать с эмалями в устой-
чивости к сильным химическим реагентам при высоких темпера-
турах, причем стоимость этих материалов очень высока.
Рабочие температуры эксплуатации серийной эмалированной
аппаратуры определяются видом эмали и природой реагента
и составляют:
для аппаратов с кислотоупорным эмалевым покрытием в кис-
лотах от —30 до +250° С;
для аппаратов с кислотощелочестойким эмалевым покрытием
в кислотах от —30 до +200° С; в щелочной среде при pH 12
от —30 до +100° С, при pH 14 до +40—50° С.
Температура эксплуатации в дистиллированной воде и водя-
ных парах не превышает 130—150° С.
Сплошность эмалевых покрытий является их важнейшей
эксплуатационной характеристикой. Технология получения эма-
левых покрытий (оплавление порошкового материала, газовыделе-
ние из металла и при взаимодействии эмали с металлом) обуслов-
ливает неизбежное присутствие в эмалевом слое замкнутых пор
обычно диаметром от 10 до 40 мкм. При низком качестве металла
или нарушении технологии часть пор может оказаться открытой.
Требование сплошности заставляет наносить эмаль в несколько
слоев суммарной толщиной 0,8—1,5 мм. Аппараты, предназна-
ченные для работы в агрессивных средах, подвергаются проверке
на сплошность испытанием на электрический пробой при высоком
напряжении (см. стр. 438), обнаруживающей не только открытые
поры и трещины, но и наиболее уязвимые участки покрытия:
крупные пузыри, включения посторонних частиц и т. п., снижа-
ющие ресурс долговечности покрытия.
Обнаруженные пробои изолируют пломбами из золота или
серебра, либо винтами с шайбами из тантала с прокладками
из тефлона (см. стр. 290). Требования по сплошности зависят от
агрессивности среды, при которой будут эксплуатироваться аппа-
раты (стр. 287). Аппараты, работающие в особо агрессивных
средах (кислоты при высоких температурах), должны выдерживать
испытание на пробой без нарушения сплошности.
Сохранение сплошности при эксплуатации зависит от
термической стойкости и механической прочности эмалевого слоя.
Термостойкость эмалевого покрытия характеризуется перепа-
дом температур А/ и количеством теплосмен п при определенной
242
скорости нагревания и охлаждения, которые покрытие выдерживает
без нарушения сплошности. Она зависит от термомеханических
и теплофизических свойств эмали и металла, толщины слоя и кон-
струкции изделия. Стекловидные эмалевые покрытия толщиной
около 1 мм на плоскости при резком охлаждении в воде выдержи-
вают однократный термоудар А/ = 220^-240° С. На выпуклых
поверхностях термостойкость ниже, а на вогнутых — выше, чем
на плоскости. При многократном термоциклировании А/ умень-
шается, в особенности на выпук-
лых поверхностях (при п > 60
до ПО—130° С).
Для эксплуатации важнее знать
минимальную и максимальную
температуру продукта и теплоно-
сителя, при которых можно пода-
вать их в аппарат без опасения
разрушить покрытие. Рис. 82 дает
такое представление в зависимо-
сти от температуры стенки аппа-
рата. Так как устойчивость к теп-
ловому удару зависит от геомет-
рии аппарата, эти данные можно
считать лишь ориентировочными.
Для надежной работы аппа-
рата рекомендуют изменять тем-
пературу среды в аппарате со ско-
ростью не более 1,5 град!мин.
Механическая прочность эма-
левою покрытия должна обеспе-
чивать сохранение сплошности
-40 0 40 80 120 160 200 240
Температура стенки аппарата, °C
Рис. 82. Термостойкость эмалевых
покрытий на аппарате:
I — область допустимых термоударов
при нагревании; II—то же при охлаж-
дении: 1 — максимальная температура
теплоносителя; 2 — максимальная тем-
пература продукта; 3 — температура
стенки аппарата; 4—минимальная тем-
пература продукта; 5 — минимальная
эмалевого СЛОЯ при ВОЗМОЖНЫХ температура теплоносителя
деформациях в процессе транспор-
тировки, монтажа и эксплуатации аппаратов. Допустимая дефор-
мация эмалевого покрытия, предшествующая его разру-
шению, составляет 80—180-10~5 при величине напряжений
12,0—25,0 кГ/лш2 [243].
Не менее важно сопротивление эмалевого покрытия ударной
нагрузке. С увеличением толщины покрытия энергия удара,
необходимая для нарушения сплошности, возрастает следующим
образом (испытание на удар прибором Вегнера на плоской по-
верхности со стороны эмали; испытание на сплошность при 8 кв):
Толщина по-
крытия в мм
Энергия удара
в кГм . . .
0,6 0,8 1,0 . 1,2 1,4
0,022— 0,029— 0,038— 0,046— 0,054—
0,024 0,031 0,040 0,048 0,056
На выпуклых поверхностях ударная прочность в 1,5—3 раза
ниже, чем на плоской и вогнутой.
16*
243
Абразивная устойчивость эмалевых покрытий в абразивно-
коррозионных средах, в особенности кислых, в несколько раз
выше, чем у коррозионностойких металлов (при небольших ско-
ростях потока и малых углах воздействия). В сухих абразивных
средах высоковязкие металлы более устойчивы, чем эмалевые
покрытия. По сравнению с прозрачным кварцевым стеклом абра-
зивная устойчивость эмалей в 2—2,5 раза ниже.
Теплопроводность эмалевого покрытия ниже, чем у стекла
того же состава, вследствие пористости эмалевого слоя.
Рис. 83. Эквивалентная теплопроводность
некоторых реакторных материалов:
1 — незащищенная сталь; 2 — сталь со свинцовым
покрытием толщиной 3 мм; 3—сталь, плакирован-
ная нержавеющей сталью толщиной 1 мм; 4—сви-
нец; 5 — нержавеющая хромоникелевая сталь;
6— сталь с эмалевым покрытием толщиной 1 мм;
7 —чугун с эмалевым покрытием толщиной 1 мм;
8 — сталь с полимерным покрытием толщиной
1 мм; 9 — сталь с гуммированным слоем 5 мм
На рис. 83 приведены
данные [242] по эквива-
лентной теплопроводности
защищенной и незащищен-
ной сталей в зависимости
от толщины основного ма-
териала. Эмалированная
сталь при толщине стенки
20 мм аналогична по теп-
лопередаче хромоникеле-
врй стали той же толщины.
Выше лежат сталь, пла-
кированная свинцом и хро-
моникелевой сталью, ни-
же— гуммированная сталь
и сталь с полимерным по-
крытием. Эмалевые покры-
тия — прекрасный электро-
изоляционный материал:
при комнатной темпера-
туре они имеют сопротив-
ление 1012—1015 ом-см,
пробивное напряжение до-
стигает 30—40 кв!мм.
В последние годы достигнуто значительное улучшение эксплуа-
тационных свойств химико-аппаратурных эмалевых покрытий
путем направленной кристаллизации стекла (стеклокристалличе-
ские или ситалловые покрытия, см. стр. 263); удается повысить
ударную, абразивную и термическую стойкость.
Эксплуатационная надежность и долговечность эмалирован-
ной аппаратуры. Срок службы эмалированной аппаратуры в про-
мышленности колеблется в широких пределах, от 1 месяца до
20 и более лет, в зависимости от условий эксплуатации и качества
аппарата.
По данным НИИэмальхиммаша, полученным при обследо-
вании 1530 эмалированных аппаратов на предприятиях хими-
ческой, нефтехимической и медицинской . промышленности,
аппараты эксплуатируются в условиях, приведенных
в табл. 26.
244
Таблица 26
Распределение обследованной эмалированной аппаратуры
Температура в °C Число аппаратов в % Рабочая среда Число аппаратов в %
По темпер эксплуат Ниже 0 0—99 100—160 161—200 201—250 Выше 250 а т у р е а ц и и 0,77 77,30 19,12 0,82 1,22 0,77 По характер Кислая Щелочная Переменная Нейтральная у среды 77,3 8,0 [3,7 11,0
Таким образом, около 90% обследованного оборудования
работает в условиях, при которых существующие стеклоэмалевые
покрытия должны обеспечивать многолетнюю его эксплуа-
тацию.
В то же время средний срок службы аппаратов без ремонта
составляет 1—2 года.
Срок службы покрытия, рассчитанный по глубинному или
весовому показателю коррозионной стойкости, можно рассматри-
вать лишь как грубо Ориентировочный, так как при длительном
воздействии реагентов проявляются факторы как уменьшающие
скорость коррозии (образование поверхностного защитного слоя
на эмали), так и увеличивающие ее (неравномерность разрушения,
переменная среда, прерывистость воздействия, наличие пор и т. п.).
Однако наиболее резко снижают реальный срок службы эмали-
рованных аппаратов нарушение сплошности и отказ комплекту-
ющих узлов и деталей [244]. Около 50% аппаратов выходят из
строя из-за механических повреждений при монтаже и эксплуа-
тации, около 25%—вследствие разрушения эмалевого покры-
тия при термическом ударе, а вследствие чистого корродирующего
действия среды всего 1—2%.
В аппаратах с перемешивающими устройствами в наиболее
тяжелых условиях находятся мешалки, которые наряду с кор-
розионным и температурным воздействием среды испытывают
значительные изгибающие и скручивающие нагрузки и интен-
сивное абразивное воздействие.
На выход из строя комплектующих узлов и деталей прихо-
дится до 75% всех отказов, причем на долю сальниковых уплот-
нений до 50%.
Существенным резервом увеличения долговечности аппаратов
является разработка эффективных методов локального ремонта.
245
Типы стальной эмалированной аппаратуры
По назначению аппараты разделяются на следующие типы [240].
1. Емкости для хранения, перевозки, дозировки и передачи
жидкостей. К ним относятся сборники и мерники для агрессив-
ных жидкостей (рис. 84, а, б), которые выпускаются со съемной
крышкой или цельносварные; с рубашкой и без рубашки; с ниж-
ним спуском или с трубой передавливания. К этому же типу
можно отнести цистерны большой емкости: вертикальные или
горизонтальные (рис. 84, в), стационарные или передвижные.
. 2. Аппараты для проведения различных химических процес-
сов с подогревом (охлаждением) и перемешиванием, представля-
ющие собой емкости с рубашкой и съемной крышкой, снабженные
эмалированными мешалками (якорными, рамными, пропеллер-
ными, лопастными, импеллерными и т. д.) и термогильзами
(рис. 84, а). Для выдачи продукта служит труба передавливания
или штуцер нижнего спуска.
3. Кристаллизаторы и выпарные котлы и чаши (рис. 84, д),
предназначенные для проведения процессов кристаллизации при
охлаждении и для выпаривания насыщенных растворов солей
и других агрессивных жидкостей.
4. Теплообменная аппаратура для нагревания, охлаждения
и конденсации агрессивных жидкостей и газов: холодильники
типа «сосуд в сосуде» (рис. 84, в), теплообменники тарельчатые
(рис. 84, ж), секционные (рис. 84, з), состоящие из элементов
типа «сосуд в сосуде» или «труба в трубе», соединенные между
собой эмалированными коленами.
5. Аппаратура для фильтрования: нутч-фильтры (рис. 84, и),
предназначенные для фильтрования жидких агрессивных хими-
ческих продуктов под вакуумом и друк-фильтры (рис. 84, к) —
для фильтрования жидких агрессивных продуктов под давле-
нием.
6. Эмалированная арматура для комплектования эмалирован-
ной аппаратуры: запорные вентили, шаровые краны, регулиру-
ющие и диафрагменные клапаны, фонари, соединительные 4асти
(переходы, вставки, тройники, отводы и т. п.). Для перекачива-
ния агрессивных жидкостей применяют эмалированные центро-
бежные насосы.
Конструирование и изготовление аппаратов под эмалирование .
Производство высококачественной эмалированной аппаратуры
возможно лишь при соблюдении следующих основных условий
конструирования и изготовления.
Особенности конструирования аппаратуры. При конструиро-
вании аппаратуры следует учитывать требования технологии
и специфики изготовления аппаратов, а также особенности тех-
нологических процессов, проводимых в эмалированной аппара-
туре.
246
Первая группа требований сводится к следующему.
1. Все переходы на поверхности изделий, покрываемой эмалью,
должны быть плавными, закругленными, так как эмалевое покры-
тие при обжиге прогорает на острых кромках. Кроме того, на
сопряжениях поверхностей, выполненных под углом, концен-
трируются внутренние напряжения в металле и в эмалевом по-
крытии.
Рис. 84. Типы стальной эмалированной аппаратуры
Величина радиуса закругления при переходе с одной поверх-
ности на другую должна быть не менее 10—15 мм и в редких
случаях для мелких деталей, когда выполнить такой радиус
перехода невозможно, он должен быть не менее 5—6 мм. На
рис: 85 показаны различные виды переходов поверхности. Чем
больше радиус сопряжения поверхностей, покрываемых эмалью,
тем качественнее будет покрытие на этих местах.
2. Конструкция аппаратов, покрываемых эмалью, должна
быть достаточно жесткой, чтобы изделие не испытывало значи-
247
тельных деформаций как в процессе эмалирования, так и эксплуа-
тации его. Основные конструктивные узлы аппаратов имеют
форму тел вращения, обеспечивающих максимальную жесткость
изделия при минимальной толщине стенок.
3. Сопряженные части аппарата не должны по толщине
отличаться друг от друга более чем в 2,5—3 раза, иначе обяза-
тельно будет недожог эмали в утолщенных местах. Кроме того,
вследствие различных скоростей охлаждения разнотолщинных
частей появятся'недопустимые напряжения в стеклоэмалевом по-
крытии, приводящие к его разрушению.
4. Эмалируемая поверхность металла не должна иметь поро-
ков (свищи, поры, царапины, мелкие выступы, канавки и т. п.)
на самом листе и в особенности на сварных швах.
Рис. 85. Радиусы закругления деталей аппаратуры
Всякие дефекты поверхности металла проявляются, как пра-
вило, в виде дефектов эмалевого покрытия. Поэтому при конструи-
ровании аппаратуры под эмалирование должен быть предусмо-
трен свободный доступ ко всем деталям и эмалируемым поверх-
ностям аппарата для их очистки и устранения дефектов перед
эмалированием. Сварные швы должны быть предусмотрены в та-
ких местах, где их легче всего выполнить качественно и затем
обработать. Сварные швы не допускаются в местах перехода одних
поверхностей в другие, сопряженные под углом, т. е. на радиусах
закруглений или тем более на углах.
5. Особые требования предъявляются к фланцам. Они вы-
полняют следующие функции [245]: образуют борт и закругление
на открытом сосуде, выводя кромку из реакционной зоны; служат
для закрепления сосуда на рабочем месте; придают детали же-
сткость (фланец уменьшает коробление в процессе обжига);
предназначены для соединения различных частей аппаратов
(например, корпуса с крышкой и т. п.).
Фланцы соединяют с помощью болтов или струбцин (рис. 86).
Отверстия под болты во фланцах сверлят после эмалирования,
так как многократный обжиг уменьшает внутренний диаметр
верхней части сосуда на 1—1,5%. В связи с этим отверстия, про-
сверленные ранее (до обжига) в крышке и корпусе, могут не сов-
падать при сборке. Фланец под болтовое соединение имеет боль-
шую ширину и, следовательно, его привалочная часть подвержена
248
при обжиге большему короблению. Одновременно это увеличи-
вает вес всего фланцевого соединения и величину изгибающего
момента при затяжке фланцев. Струбциночное соединение яв-
ляется более прогрессивным и позволяет снизить вес аппарата,
улучшить качество эмалирования (за счет уменьшения разнотол-
щинности между фланцем и корпусом), уменьшить трудоемкость
работ при изготовлении аппарата и производить более равномер-
ную затяжку фланцев.
6. Слишком большое количество штуцеров, предназначенных
для впуска и выпуска продукта, затрудняет эмалирование. По-
этому целесообразно заменять несколько штуцеров на корпусе
или крышке аппарата кол-
лектором, присоединенным
к одному штуцеру или
люку.
7. Приварка различных
элементов (воротник, ком-
пенсатор, кронштейны
и т. п.) к неэмалируемой
поверхности производится
до эмалирования. Эти эле-
менты конструируют так,
чтобы нагрузка на них не
приводила к разрушению
эмалевого слоя на проти-
воположной (внутренней)
поверхности. Рубашку с
(в верхней части корпуса)
и) - О)
Рис. 86. Типы фланцев: а — фланец под
болтовое соединение; б — фланец под струб-
циночное соединение
аппаратом соединяют через воротник
и компенсатор (в зоне сливного шту-
цера). Назначение последнего — компенсировать температурные
удлинения рубашки и корпуса аппарата, а также воспринимать
гидравлическое давление в рубашке аппарата без нарушений
целостности эмалевого покрытия в зоне приварки воротника ру-
башки и компенсатора к корпусу. Рубашку приваривают к во-
ротнику и компенсатору после эмалирования.
Требования к конструкциям, определяемые назначением эма-
лированной аппаратуры, весьма разнообразны и могут быть све-
дены в основном к тем же требованиям, которые предъявляются
ко всякой химической аппаратуре независимо от материала, из
которого она изготовляется.
Подбор основного металла и вспомогательных материалов.
В отличие от других эмалированных изделий химическая эмали-
рованная аппаратура изготовляется из толстолистовой стали
толщиной 8—30 мм, чаще всего 12—16 мм. Отечественные заводы
используют для изготовления химической эмалированной аппа-
ратуры листовую малоуглеродистую качественную конструкцион-
ную сталь марки 08кп и 08сп (ЧМТУ 1-109—67). Наилучший
металл для изготовления аппаратуры — сталь, легированная
титаном, марки 08Т (ЧМТУ 1-856—70) с содержанием титана
249
0,07—0,15%, особенно в случае двустороннего эмалирования
(решетки, детали арматуры и т. и.).
Для аппаратов, работающих при повышенных параметрах,
необходимы стали с повышенными прочностными свойствами
(стр. 103). На листах не должно быть трещин, волосовин, плен
и других пороков.
Для изготовления эмалируемых трубчатых деталей аппаратов
(мешалок, термогильз и др.) используют стальные бесшовные
холоднотянутые и холоднокатаные трубы из стали марки 10
(ЧМТУ 3-138—68), изготовленные согласно ГОСТам 8731—66,
8732—58, 8733—66, 9941—62. Так же как и для аппаратов, луч-
шие результаты дает применение титанистой стали марки 08Т.
Для неэмалируемых элементов аппаратуры применяется, как
правило, сталь марки Ст.З.
При изготовлении эмалированной аппаратуры большое зна-
чение имеют сварочные материалы. При автоматической сварке
стальных аппаратов под эмалирование применяют электродную
проволоку диаметром 2—4 ли/ марки СВ-08ГАпо ГОСТу 2246—60 и
флюс АН-348А ОСЦ-45 по ГОСТу 9087—69. Для ручной сварки
применяют электроды, типа Э-46 с рутил-карбонатовым покрытием.
Особые требования предъявляются также к шлифовальным абра-
зивам. На заводах применяют шлифовальные круги из электро-'
корунда на керамической и бакелитовой связках. Нежелательно
применение карборундовых абразивов, а также абразивов на
органических связках ввиду возможности загрязнения поверх-
ности металла углеродом.
Котельно-механическое изготовление аппаратов. Котельно-ме-
ханическое изготовление аппаратов включает операции разметки,
резки, вальцовки (гибки), подготовки кромок, отбортовки, штам-
повки днищ, прошивки отверстий для штуцеров, сварки и др.
Мешалки и гильзы изготовляют из труб. Детали арматуры изго-
товляют точным литьем по выплавляемым моделям с последу-
ющей механической обработкой.
К выполнению котельно-механических операций изготовления
аппаратов предъявляются следующие требования: точная под-
гонка сопрягаемых элементов аппаратуры, .строгое соблюдение
условий чертежа для-всех радиусов и переходов, недопустимость
применения приемов и операций, ведущих к возникновению
дефектов в металле, чрезмерных напряжений и изменений его
структуры. Особые требования предъявляются к выполнению
сварных швов. Все сварные швы должны быть только стыковыми.
Сварные швы, подвергающиеся эмалированию, должны быть
плотными и не иметь внутренних и наружных дефектов: подрезов,
пористости, непроваров «ли включений. Усиление сварного шва
со стороны эмалирования должно быть нулевым или высотой не
более 1 мм с плавным переходом к основному металлу. При много-
кратном обжиге сварной шов не должен изменять своих свойств,
коэффициент термического расширения (к. т. р.) сварного шва
250
должен быть близок к к. т. р. основного металла. Подготовка
сварных швов под эмалирование связана с трудоемким процес-
сом — снятием усиления сварного шва при помощи пневмозу-
била — и последующей зачисткой наждачным кругом. В послед-
нее время разработаны специальные установки, позволяющие
сваривать металл без усиления сварного шва со стороны, тре-
бующей эмалирования. Так, например, для сварки продольного
стыка без усиления сварного шва со стороны эмалирования на
отечественных заводах используется трактор ТС-17М с приме-
нением флюсовой подушки. Для сварки внутренних кольцевых
швов без усиления используют установку консольного типа,
в передней части которой прикреплен трактор типа АД С-1000-2.
Контроль качества сварочных работ при изготовлении аппаратов
под эмалирование осуществляется в течение всего производствен-
ного цикла. Наличие внутренних дефектов сварных швов про-
веряют просвечиванием рентгеновскими лучами на установке
типа РУП-200 или ультразвуком на установке типа УДМ-1М.
Механические свойства швов должны быть не ниже, чем у основ-
ного металла.
Подготовка к эмалированию
Процесс подготовки стальных аппаратов под эмалирование
состоит из нескольких операций. После изготовления аппараты
или части аппаратов подвергаются абразивной очистке для уда-
ления загрязнений и ржавчины и улучшения условий осмотра
поверхности изделий. Для очистки используют дробь стальную
колотую (марки ДСК) фракции 0,8—1,0 мм (ГОСТ 11964—66)
или электрокорунд с зернистостью 100—125 (ГОСТ 3647—59).
Применение карборундового абразива и чугунной дроби для
очистки поверхности стальных изделий недопустимо из-за наугле-
роживания поверхности во время обработки. После очистки изде-
лие тщательно осматривают, отмечают дефектные места (забоины,
слоистость, инородные включения, поры и подрезы на сварных
швах) и отправляют на зачистку. Особенно тщательно зачищают
радиусы закруглений на бортах, штуцерах и переходах. После
зачистки изделие подвергают черновому отжигу для снятия
напряжений в металле, возникших в процессе изготовления
(вытяжки, вальцовки, гибки, сварки), а также для очистки по-
верхности от органических загрязнений. Черновой отжиг произ-
водится при температуре 870—900° С. Продолжительность отжига
в зависимости от веса и конфигурации изделий составляет 20—
80 мин. Для металла с неблагоприятной структурой, могущей
вызвать появление рыбьей чешуи, рекомендуют увеличить время
чернового отжига до 2—3 ч. При черновом отжиге в воздушной
атмосфере происходит частичное обезуглероживание поверхност-
ного слоя.
Для повышения качества эмалирования в последние годы
получает распространение специальный обезуглероживающий
251
отжиг в регулируемой атмосфере (стр. 206). В частности, исполь-
зуют безокислительную обезуглероживающую атмосферу типа
ПС-06 [246], на основе сжигания природного газа.
После чернового отжига изделия вновь очищаются от окалины
абразивной обработкой. Средний расход дроби на очистку 1 jh2
поверхности после чернового отжига составляет 3,8 кг. После
очистки поверхность аппарата осматривается невооруженным
глазом при сильном местном искусственном освещении, а отдель-
ные сомнительные места — с помощью лупы 4—8-кратного уве-
личения. На поверхности, подвергаемой эмалированию, отме-
чаются все дефектные места: заусеницы, раковины, поры, подрезы
и т. п., и в зависимости от характера дефекта изделие поступает
на дополнительную зачистку или на заварку пор на сварных
швах. Поры вырубаются, вырубленные места завариваются, за-
чищаются абразивным кругом с помощью пневмотурбинки за-
подлицо со сварным швом. Заключительными операциями под-
готовки поверхности аппарата к эмалированию являются удаление
дробеструйной обработкой рисок, образовавшихся от шлифования
абразивным кругом, и обдувка изделий от пыли сжатым воздухом.
Подготовленные к эмалированию детали должны храниться
в условиях, исключающих попадание атмосферных осадков и
пыли.
Для подготовки изделий к эмалированию применяют следу-
ющее оборудование.
1. Для абразивной очистки используют дробеструйные и
дробеметные установки. Они представляют собой герметизиро-
ванные камеры, футерованные изнутри резиной и снабженные
несколькими дробеструйными или дробеметными головками. Дав-
ление воздуха для подачи абразива при дробеструйной очистке
6—8 ат. В дробеметных головках для создания струи абразива
использована центробежная сила, создаваемая турбинкой
(стр. 345).
На рис. 87 изображена камера и дробеметная головка.
Изделия, предназначенные для очистки, размещают на тележке,
которую устанавливают на поворотный круг в центре камеры,
затем камеру закрывают, включают вращение круга и подачу
абразива. При ручной очистке рабочий в защитном комбинезоне
и шлеме находится внутри камеры.
2. Для чернового отжига обычно используют те же печи, что
и для обжига эмалевого слоя (стр. 279). На крупных специали-
зированных предприятиях конструируют специальные печи. Здесь
рассмотрим лишь печи для чернового отжига с контролируемой
атмосферой, которые могут быть использованы и для отжига
в обычной атмосфере.
Печь с кольцевым подом (рис. 88) представляет собой кольце-
образный туннель, разделенный на четыре части: обогреваемый
туннель, туннели остывания и охлаждения и открытый сектор
для загрузки и выгрузки изделий. Печь отапливается природным
252
газом с помощью горелок низкого давления типа ГНП-5, уста-
новленных в боковых стенах. Всего на печи установлено 13 го-
релок (6 горелок — с внутренней стороны кольца и 7 — с наруж-
ной). Обогреваемый туннель на сторонах загрузки и выгрузки
Рис. 87. Дробеструйная камера и дробеметная головка: а — дро-
беструйная камера; б — дробеметная головка
закрывается водоохлаждаемыми заслонками, перемещающимися
по водоохлажденным рамам. Управление подъемом и опусканием
заслонок и поворот пода осуществляются со специального пульта
управления, которым можно
обеспечить как ручное, так и
автоматическое управление.
Туннель остывания в начале
имеет стены и свод, выполнен-
ные из шамотного кирпича,
а в конце только стены из сталь-
ных листов. В этой части тун-
неля между кольцевым подом и
панелями проложены трубы
с мелкими отверстиями, через
которые подается воздух для
охлаждения стен туннеля и об-
жигаемых деталей.
Кольцевой под печи разделен РИС- 88- Печь с кольцевым подом
на 16 позиций. Подина установ-
лена на катках и периодически приводится во вращение. Каждая
позиция пода имеет свой подвод защитной атмосферы через трубку,
сообщающуюся с кольцевым коллектором газа, расположенным
под подом печи. Из 16 позиций кольцевого пода 3 позиции
253
находятся в открытом секторе, 8 позиций в обогреваемом туннеле
и 5 позиций—в туннелях остывания и охлаждения. На позиции
загрузки в открытом секторе изделия устанавливают на подставку
фланцем вниз и накрывают металлическим муфелем. Нижним
срезом муфель входит в кольцевое песочное уплотнение (затвор)
на поду. Под муфель подается защитная атмосфера ПС-06. При
перемещении кольцевого пода изделие проходит последовательно
открытый сектор, обогреваемый туннель, разделенный на зоны
нагрева и выдержки, коридор остывания и охлаждения. Загрузка
и выгрузка изделий произво-
Рис. [_89. Колпаковая 'трехстендовая
печь
дятся краном.
Производительность печи
2500—2700 кг!ч, цикл выдачи
изделий (без контролируемой
атмосферы) 15—20 мин.
Колпаковая трехстендовая
печь (рис. 89) предназначена
для отжига в контролируемой
атмосфере крупных стальных
деталей. Обжигаемые детали
помещаются на стенде, на спе-
циальной подставке, и накры-
ваются металлическим муфелем.
Некоторые детали могут под-
вергаться отжигу без муфеля, для этого открытой частью аппа-
рат устанавливают на под стенда. Продувочный и защитный
газы подаются под муфель. После продувки муфель с находя-
щейся под ним деталью накрывают нагревательным колпаком.
Муфель и колпак имеют кольцевые песочные уплотнения (за-
творы). Подача защитного газа под муфель происходит непре-
рывно, обеспечивая кратность газообмена 0,7 объема муфеля
в час.
В зависимости от толщины металла и формы изделия про-
цесс нагрева под колпаком до 900° С требует 1—3 ч, а время
выдержки при данной температуре соответственно равно 1,5—2 ч.
Таким образом, нагревательный колпак через 3—5 ч переносится
на следующий стенд, где под муфелем установлено изделие для
отжига, а на первом стенде происходит охлаждение изделия под
муфелем до 300° С, а затем после снятия муфеля до 50° С.
Нагревательный колпак перемещается специальным само-
ходным подъемником. Газовые горелки расположены в нижней
части нагревательного колпака и установлены тангенциально
с целью защиты муфеля от непосредственного влияния факела
и лучшего его обтекания продуктами сгорания. Газ для горения
подается к кольцевому коллектору, закрепленному на колпаке
с помощью гибкого рукава, который при установке колпака на
стенде подсоединяется к стояку подводящего газопровода. Пере-
ключение топливного и защитного газов при перемещении
254
колпака и муфеля на следующий стенд производится вручную.
Максимальный вес отжигаемой детали 3500 кг, максимальная
емкость сосуда 6000 л; расход атмосферы ПС-06 на один стенд
12 нм31ч.
Грунты и эмали
Для эмалирования стальной аппаратуры применяют специаль-
ные эмали, обладающие, как правило, повышенной химической
устойчивостью к различным реагентам и потому значительно отли-
чающиеся по составу от посудных и других эмалей бытового назна-
чения. Некоторые специфические требования предъявляются и
к грунтам.
Грунты. Для аппаратуры применяют обычные высококаче-
ственные грунты с достаточно высоким содержанием борного анги-
дрида и окиси кобальта. Грунт должен иметь состав, обеспе-
чивающий отсутствие кристаллизации и глушения при много-
кратных (три—пять) и достаточно продолжительных (20—30 мин)
обжигах, которым подвергают эмалированные аппараты. Глу-
шение и особенно грубая кристаллизация вызывают хрупкость
грунта и резко понижают прочность покрытия. По этим сообра-
жениям в состав грунта не следует вводить одновременно боль-
шие количества окиси кальция и фтора.
В процессе обжига создаются значительные перепады темпе-
ратуры по эмалируемому аппарату, обусловленные неизбежными
градиентами температуры в печи, а также наличием массивных
фланцев, приваренной арматуры и инструмента (подставок) для
обжига. Грунты поэтому должны иметь большой интервал тем-
пературы обжига, что достигается смешением двух-трех фритт
и главным образом добавкой на мельницу больших количеств
кварцевой муки (?0—40% от веса фритты), что предупреждает
также появление рыбьей чешуи. Изменяя количество добавляемой
кварцевой муки, можно в широких пределах варьировать тем-
пературу обжига грунта и использовать одни и те же грунтовые
фритты для покровных эмалей с различной температурой обжига.
Для аппаратуры вполне пригодны многоборные грунты, со-
ставы которых приведены в табл. 15 (стр. 127). Из них на оте-
чественных заводах наиболее широкое распространение получили
грунты 2015 и 3132. Обычно применяют смесь фритт (70 + 30%)
с добавкой 30—40% кварцевой муки, 10% глины и заправочных
средств (1% буры).
Эмали. Для эмалирования аппаратуры применяют эмали
с весьма различной химической устойчивостью. В ряде случаев,
особенно для пищевой промышленности, оказываются вполне
пригодными эмали типа обычных посудных. Для многих аппара-
тов требуются эмали с несколько повышенной устойчивостью
к кислым растрорам, а для некоторых отраслей промышленности,
особенно химической, необходимы эмали, устойчивые к дей-
255
ствию кипящих сильных кислот или щелочных растворов.
Высококислотоустойчивые и щелочеустойчивые эмали имеют
ряд технологических недостатков: высокую температуру плавле-
ния, большую вязкость, большое поверхностное натяжение и др.
Эмалирование такими эмалями представляет значительные
трудности. Обжиг при высоких температурах вызывает образова-
ние пор и булавочных уколов в покрытии, а также деформацию
аппаратов.
Для получения сплошности покрытия требуется. нанесение
многих слоев эмали, что также повышает брак изделий. Поэтому
высококислотоупорные эмали следует применять только там, где
это безусловно необходимо по условиям эксплуатации изделий,
в прочих же случаях рекомендуются более технологичные легко-
плавкие эмали, хотя и с меньшей химической устойчивостью.
По действию на стекла и эмали различают четыре основных
реагента: воду, кислоты, ^растворы едких и углекислых щелочей.
Выщелачиваемость эмалей указанными реагентами в зависимости
от состава весьма различна [247].
Влияние отдельных компонентов на химическую устойчивость
простых двух- и трехкомпонентных стекол изучалось рядом
исследователей. Однако при разработке химически устойчивых
эмалей эти данные могут быть использованы лишь весьма ориен-
тировочно. Во-первых, они получены для химически неустойчи-
вых стекол и не могут быть непосредственно перенесены на хими-
чески устойчивые эмали; во-вторых, для разработки эмалей
необходимо знать, как влияют те же компоненты на вязкость
(плавкость).
Для надежной работы аппаратуры необходимо, чтобы эмале-
вое покрытие обладало высокой прочностью. Возникающие в эма-
левом слое при охлаждении обожженных аппаратов напряжения
должны быть минимальными или они должны иметь определенное
направление. Основную роль в образовании напряжений играет
разница в к. т. р. металла и эмали. На выпуклых местах при
к. т. р. эмали меньшем, чем к. т. р. металла, появляются напря-
жения, стремящиеся оторвать эмаль от подложки. В таких местах
аппаратуры (переход к бортам и штуцерам) эмаль часто оказы-
вается настолько напряженной, что достаточно резкого нагрева
или небольшого удара, чтобы она откололась. К. т. р. эмали
в таких местах изделия должен по возможности приближаться
к значению к. т. р. металла, но быть меньше его.
Иные условия создаются на вогнутых поверхностях. При
меньшем по сравнению с металлом коэффициенте расширения
эмали появляющиеся напряжения стремятся прижать эмаль
к подложке. Поэтому для таких изделий, как выпарные чаши,
допустимо применение эмалей со значительно меньшим к. т. р.
Термическая устойчивость покрытия при этом получается высокой.
При пудровом способе эмалирования чугунных изделий всегда
применяют специальную бортовую эмаль с к. т. р. на 30—40
256
единиц большим, чем у внутренней эмали. В случае нанесения
шликера пульверизацией и для стальных аппаратов можно при-
менять эмали с различными к. т. р.
По-видимому, для закруглений с малым радиусом целесооб-
разно применять эмали ск.т.р. 3a=3304-340-10“’, адля вогнутых
поверхностей —ск.т. р. За=2904-300-10“’ град-1. При нанесении
шликера необходимо соблюдать постепенность перехода от одной
эмали' к другой. Плавкость эмалей должна быть согласована.
На закругления, особенно с малым радиусом, эмаль следует на-
носить более тонким слоем.
Все эмали для аппаратуры должны удовлетворять общему
требованию: не иметь в своем составе таких вредных или ядовитых
компонентов, как соединения свинца, бария, сурьмы, цинка
и др., в особенности это необходимо для эмалей, применяемых
для покрытий пищевой и фармацевтической аппаратуры.
Глушение эмали для аппаратуры, как правило, не применяют,
так как оно обычно связано с применением составов с пониженной
химической устойчивостью и повышенной хрупкостью. Лишь
иногда вводят при помоле 2—3% тонкодисперсной окиси олова.
Чаще же в шихту аппаратурной эмали вводят окись кобальта
(—1%) или при помоле добавляют окись хрома, что имеет це
только декоративное значение.
Эмали, устойчивые к воде и слабым кислотам. Многие из эма-
лированных аппаратов применяются для работы с водными ней-
тральными или очень слабыми растворами органических (пище-
вых) кислот, часто на холоду. В качестве эмалей для такой аппа-
ратуры вполне пригодны посудные эмали или эмали с несколько
повышенной кислотоустойчивостью. Получение таких эмалей не
представляет затруднений. С целью повышения устойчивости
к кислотам в составе посудных эмалей несколько увеличивают
содержание кремнекислоты (до 50—55%) и снижают количество
борного ангидрида (до 6—7%). С той же целью вводят двуокись
титана (3—10%).
Кислотоупорные эмали. Эмалированную аппаратуру наиболее
часто покрывают кислотоупорными эмалями, так как около 75%
всех выпускаемых в СССР аппаратов работает в кислой среде
(стр. 245). Если включить сюда же аппаратуру для нейтральных
сред, для которых вполне пригодной является и кислотоупорная
аппаратура, то это составит до ~90%. Влияние состава эмали на
устойчивость к кислотам определяется содержанием кремнезема.
При содержании кремнезема менее 58—60% эмали недостаточно
устойчивы к сильным кислотам. На рис. 90 показана выщелачи-
ваемость (потеря веса в 20-процентной соляной кислоте) промыш-
ленных кислотоупорных эмалей, нанесенных на платиновые пла-
стинки, в зависимости от содержания в эмали кремнезема [248].
Несмотря на совершенно различные составы испытанных кисло-
тоупорных эмалей, изготовляемых различными заводами, экспе-
риментальные Точки хорошо ложатся на общую кривую. На
17 В. В, Варгии 257
кривой имеется резкий перегиб, соответствующий содержанию
—66% SiO2. До и после перегиба кривая имеет прямолинейный
Ход. Использованные для построения кривых (рис. 90) эмали не
содержали SnO2 или значительных количеств ZrO2. Эмали с вы-
соким содержанием SnO2 и ZrO2 (12—13%) обладают высокой
кислотоустойчивостью при меньшем содержании кремнезема
(55—60%).
Щелочные окислы, разумеется, сильно понижают устойчивость
степени, как устойчивость к воде.
Поэтому высококислртоустойчи-
вые эмали, содержащие 19—
23% окислов щелочных метал-
лов, часто оказываются менее
устойчивыми к действию воды,
чем обычные посудные эмали
[3, стр. 310]
Сильные кислоты выщелачи-
вают из кремнеземной защитной
пленки не только щелочные, но
и другие окислы основного ха-
рактера. Поэтому в состав эмали
стремятся вводить окислы,
плохо растворимые в кислотах
(TiO2, SnO2, ZrO2).
На основании расчета силы
связи между различными иона-
ми и кислородом, а также на
базе экспериментальных дан-
ных элементы располагаются
в следующий ряд соответственно
к кислотам, однако не в такой
Рис. 90. Кислотоустойчивость эмалевых
покрытий в зависимости от содержа-
ния кремнезема (покрытия на платино-
вых пластинках, кипящая 20-процент-
ная соляная кислота, 50 ч)
увеличению их положительного влияния на кислотоустойчивость:
К, Na, Ba, Pb, Са, Fe", Zn, Mg, Be, Fe-, Al, Zr, Sn, Ti, Si.
Борный ангидрид в количестве 2—3% весьма прочно удержи-
вается защитной пленкой, поэтому небольшие количества В2О3
повышают устойчивость эмали к кислотам. При увеличении со-
держания В2О3 устойчивость к кислотам резко падает.
Фтор, являющийся очень сильным плавнем, часто вводят
в небольших количествах в состав кислотоупорных эмалей.
При разработке и рационализации кислотоупорных эмалей
всегда стремятся получить наиболее легкоплавкие, технологичные
составы при сохранении высокой кислотоустойчивости. Однако
опубликовано лишь немного исследований, содержащих данные
о влиянии отдельных компонентов как на кислотоустойчивость,
так и на плавкость высококислотоупорных эмалей [247—251 ].
В табл. 27 приведены пределы содержания окислов в высоко-
кислотоупорных эмалях согласно данным различных авторов,
относящимся однако к 1939—1959 гг. За последние годы широкое
применение н^шла окись лития, которая в количестве 2—5 вес. %
258
Таблица 27
Содержание компонентов в высококислотоупорных эмалях (в вес. %)
Компоненты По Штук- керту По Трахтен- бергу По Варгину По Новот- ному
SiO2 60—70 56—67 64—69 55—60
TiO2 — 0—8 5—6 0—2,5
ZrO2 — 0—4 — —
В2О3 4 0—4 3—4 2—5
А12О3 — 2—4 4—5 10—13
ZnO — 0—4 — —
СаО 10 0—6 0—5 1,5—4
MgO — 0—3 — —
к2о | 20 0-8 — 0—5
Na2O 15—22 19—22 17—20
NaF — — — 0,2
CaF2 — 0—3 — —
A1F3 — — — 0—1,5
v2o5 — — — 0—1,0
+ F в вес. ч. — — 3—4 —
вводится во многие современные высококислотоупорные эмали
[249—2521. При замене других щелочных окислов на окись
лития кислотоустойчивость (и щелочеустойчивость) эмали улуч-
шается; увеличивается также плавкость (растекаемость). Также
показано, что небольшие количества окиси железа (1,5—2 вес. %),
введенные в состав эмали, повышают кислотоустойчивость и уве-
личивают ее растекаемость [251, 253].
В табл. 28 даны лишь немногие составы кислотоупорных эма-
лей. На отечественных заводах ранее применяли главным образом
эмаль 105 или некоторые ее варианты (эмаль 105Т и др.). Эмаль
105 является высококислотоупорной (рис. 90), но имеет и су-
щественные недостатки: высокую температуру обжига и отно-
сительно низкий коэффициент термического расширения. Для
устранения этих недостатков и некоторого улучшения кислото-
устойчивости в эмаль вводят очень небольшие количества дву-
окиси титана, окиси лития (до 5%) и окиси железа, не изменяя
при этом содержание кремнезема и общее количество щелочных
окислов.
Для понижения температуры обжига можно также несколько
увеличить содержание окиси натрия (2—3 вес. %) или добавить
окись лития (1—2 вес. %). Для понижения вязкости целесо-
образно также небольшое увеличение содержания борного
17» 259
Таблица 28
Составы кислотоупорных эмалей (в вес. %)
Компоненты Обозначения эмалей
105 58 2 55 88
SiO2 69,5 64,5 65,1 68,0 59,2
’ TiO2 — 6,0 — 2,5 5,8
B2O3 2,3 4,0 2,0 3,5 7,6
А12О3 3,2 4,0 3,5 3,0 3,0
СаО 5,8 1,0 7,7 4,5 4,3
К2О — — 2,6 2,0 5,0
Na2O 19,2 20,5 19,1 13,0 15,1
Li2O — — — 3,5 —
Сумма 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
+ F (в вес. ч.) 3,1 3,0 — 3,0 3,0
Расчетный коэффициент расширения 321 321 360 313 310
За-107 градг1 (по Аппену)
Плавкость (растекаемость при 860° С) 40 52 42 47 62
В мм
Выщелачиваемость в кипящей 20-про- 0,20 0,26 0,37 0,22 1,19
центиой соляной кислоте за 50 ч (зерно-
вой метод)
Примечание. Составы эмалей 105 и 58 приведены по источникам
П, стр. 136; 247], эмали 2 — по (3, стр. 380].
ангидрида (до 3—4 вес. %), уменьшение содержания кремне-
кислотыи введение двуокиси титана. Тип такой эмали приведен в
табл. 28 (эмаль 58).
Для аппаратуры, предназначенной для работы с минераль-
ными кислотами на холоду или со слабыми кислотами при кипя-
чении, целесообразно применять менее вязкие эмали за счет
некоторого понижения устойчивости к кислоте. Для получения
таких эмалей содержание кремнекислоты снижают до 55—60%
и увеличивают содержание борного ангидрида (табл. 28, эмаль 88).
Щелочеупорные эмали. При действии щелочных растворов на
стекла и эмали на их поверхности не образуется защитной кремне-
земной пленки. Зависимость выщелачивания от времени имеет
поэтому прямолинейный характер и замедления выщелачивания
со временем не происходит [1, стр. 86].
По сравнению с обычными посудными эмалями кислотоупор-
ные эмали, как правило, обладают более высокой устойчивостью
к щелочным растворам, однако далеко недостаточной.
Иностранные фирмы, изготовляющие эмалированную аппа-
ратуру, выпускают щелочеустойчивые аппараты, но сильно огра-
260
ничивают потребителя допустимыми концентрациями и темпе-
ратурой щелочных растворов.
В литературе имеется мало данных о составах щелочеупорных
эмалей, а также о влиянии состава на выщелачиваемость щелоч-
ными растворами. Последние данные приводятся для простейших
двух- и трехкомпонентных стекол или для эмалей типа посудных
и имеют целью повысить устойчивость к щелочным моющим
средствам, применяемым для очистки посуды.
Влияние многочисленных компонентов на выщелачивание
растворами едкого и углекислого натрия химически устойчивой
эмали приведено в работе [247].
Наиболее полные данные о влиянии состава эмали на ее устой-
чивость к растворам NaOH и Na2CO3, а также на плавкость при-
ведены в работах [254, 255]. Показано, что основным компонен-
том эмали, резко увеличивающим ее щелочеустойчивость, является
двуокись циркония. Улучшают щелочеустойчивость также окись
олова, окись кальция и замена окиси натрия окисью лития;
окись цинка значительно повышает устойчивость к растворам
углекислых щелочей. Количество щелочных окислов мало влияет
на щелочеустойчивость эмали.
На основании данных, приведенных в работах [254, 255], можно
рассчитать состав щелочеупорной эмали. Отечественные заводы не
выпускают, однако, аппаратуру, покрытую щелочеупорными
эмалями, ввиду малого спроса на нее, а предпочитают выпускать
аппаратуру, покрытую кислотощелочеустойчивыми эмалями.
Кислотощелочеустойчивые эмали необходимы для покрытия
аппаратов, работающих в условиях переменной среды: от кислой
к щелочной и обратно. Следовательно, эмали должны быть устой-
чивы как к щелочным, так и к кислым растворам. Названные
выше компоненты (ZrO2, SnO2, СаО, Li2O) не только повышают
устойчивость к щелочным растворам, но также благоприятно
сказываются на устойчивости к кислотам.
В табл. 29 приведены составы кислотощелочеустойчивых эма-
лей, а в табл. 30 — данные о щелочеустойчивости ряда стекол
и эмалей.- Из этих данных видно, что устойчивость щелочеустой-
чивых эмалей весьма высока по сравнению с другими эмалями
и стеклами. Определение щелочеустойчивости всех приведенных
в табл. 30 стекол и эмалей производилось в стеклянной колбе
при относительно малом объеме щелочных растворов, и поэтому
могла иметь место ингибиция.
Для наиболее щелочеустойчивых эмалей с большим содержа-
нием окиси циркония проводились более детальные исследования.
Выщелачиваемость этих эмалей, нанесенных на платиновую
пластинку, при обработке кипящим 2 н. раствором NaOH в те-
чение 3 ч в стальном сосуде с перемешиванием раствора соста-
вила 0,35—0,50 мг/см2, без перемешивания раствора — 0,25—
0,35 мг/см2. Выщелачиваемость 20% НС1 при кипячении 0,07—
0,25 мг/см2. Интервал обжига 800—850° С, к. т. р. 95—97-10-7.
261
Таблица 29
Составы кислотощелочеупориых эмалей (в вес. %)
Компоненты Обозначения эмалей
29 [2471 31 [247] 2; 3; 18
SiO2 54,0 60 55—60
TiO2 — — 0—2
ZrO2 — — 13—18
SnO2 13,5 -— —
Щ03 3,1 3 1—2
A12O3 2,3 7 —
ZnO — 10 —
CaO 6,3 — 2—4
K2O — 2 2—3
Na2O 20,8 18 10—11
Li2O — — 4—5
Сумма 100 100 100
+ F (в вес. ч.) — 3 2—3
Расчетный коэффициент расшире- ния За-107 град'1 (по Аппену) 345 - 324. 310—335
Таблица 30
Выщелачиваемость (в %) эмалей и стекол щелочными
растворами [247]
Эмаль (стекло) Раствор
2 н. Na2CO3 2 н. NaOH
Эмаль 29 — 0,52
Эмаль 31 0,48 —
Эмали 2; 3; 18 — 0,10—0,12
Высококислотоупорная эмаль 1,1 4,1
Пудровая эмаль для ванн 12 15,5
Эмаль для стальной посуды 0,8 12,4
Стекло оконное 0,7 2,3
Стекло химико-лабораторное 0,40 1,4
Примечание. Испытание зерновым методом; обработка зерна раство-
рами проводилась прн температуре 100° С в течение 3 ч.
262
Эмали, устойчивые при повышенных давлениях и температуре.
Устойчивость эмалированных аппаратов к давлению обусловлена
не составом эмали, а толщиной стенок металлической основы
аппарата. Если же давление создается за счет повышения темпе-
ратуры находящейся в аппарате агрессивной жидкости, то воз-
никают чрезвычайно неблагоприятные для эмали условия. Многие
химически устойчивые при обычных температурах стекла и эмали
совершенно разрушаются от кр
ботки при температуре 250° С
растворами. При автоклавной
обработке кислотами высоко-
кислотоупорные эмали ведут
себя значительно лучше. В ли-
тературе имеются лишь отры-
вочные данные о зависимости
между составом эмалей и их хи-
мической устойчивостью при
высоких температурах.
На рис. 91 [248] показана
выщелачиваемость 20-процент-
ной соляной кислотой покры-
тия теми же эмалями, что и на
рис. 90, но при температуре
215° С (давление пара 33 ат,
время 50 ч), также в зависимо-
сти от содержания кремнезема.
Здесь, как и при обычных усло-
виях испытаний, потеря веса
покрытия уменьшается с увели-
чением содержания кремнезема,
однако эта зависимость менее
Содержание кремнезема, вес. %
/ *2
Рис. 91. Кислотоустойчивость (к 20-
процентной соляной кислоте) эмалевых
покрытий при температуре 215° С (дав-
ление 33 ат) в зависимости от содер-
жания кремнезема:
1 — разрушение поверхностного слоя;
2 — поверхность не разрушена
выражена.
На большей части покрытий после испытания обнаруживаются
различного рода дефекты: мелкие и крупные трещины, скалыва-
ние, глубокие выколки и др. Отсутствие разрушений поверхности
наблюдалось лишь у трех эмалей с содержанием 64—67% SiO2.
На всех эмалях с содержанием более 68% SiO2 наблюдались ука-
занные выше дефекты поверхности. По-видимому, появление
дефектов связано с большой разницей в объемах эмали и образо-
вавшейся выщелоченной высококремнеземной пленки.
Дать рекомендации о составах эмалей, длительно устойчивых
в агрессивных'жидких средах при высоких температурах и дав-
лениях, не’представляется возможным.
Стеклокристаллические эмали. Как было указано выше
(стр. 245), около 75% эмалированной химической аппаратуры
выходит из строя вследствие механических повреждений или
разрушения эмалевого покрытия при термоударе. Поэтому нужно
повышать механическую, термическую и абразивную прочность
263
при сохранении достигнутого уровня химической устойчивости
покрытий. Большие возможности в этом отношении открывает
метод направленной кристаллизации стекол, служащий основой
получения стеклокристаллических материалов и покрытий 1256—
258].
Высокие механические и другие свойства стеклокристалли-
ческих материалов по сравнению с исходным стеклом, из кото-
рого они получены, определяются не просто превращением аморф-
ного вещества в кристаллическое. Известно много случаев, когда
кристаллизация не улучшает, а ухудшает механические и другие
свойства. Главная особенность ситаллов — их тонкозернистость,
которая в значительной степени сообщает им повышенные меха-
нические свойства. Другие свойства определяются фазовым со-
ставом кристаллических зерен и составом остаточной стеклофазы.
Кроме повышенной термостойкости, механической и абразивной
прочности, стеклокристаллические материалы и покрытия обла-
дают температурой размягчения на 100—400° С выше по сравне-
нию с исходным стеклом, что позволяет эксплуатировать их при
более высоких температурах. Новые материалы отличаются от
стекол тем, что имеют в основном кристаллическое строение,
а от керамики — значительно меньшим размером кристаллов
(не более 1 мкм в поперечном сечении).
Сущность метода направленной кристаллизации состоит в том,
что рост кристаллов начинается одновременно из большого коли-
чества центров кристаллизации, равномерно распределенных
в стекле, которому уже придана форма изделия. Для создания
центров кристаллизации в шихту стекла вводят катализаторы
кристаллизации. Рядом авторов [259, 260] установлены следу-
ющие критерии для выбора эффективных катализаторов.
1. Легкая растворимость катализатора в стекломассе при
температурах варки и выработки и ограниченная растворимость
в стекле при низких температурах.
2. Низкая свободная энергия активации образования цен-
тров гомогенной кристаллизации из расплава при низких темпе-
ратурах.
3. Большая скорость диффузии при низких температурах по
сравнению с основными компонентами стекла.
4. Низкая поверхностная энергия на границе между стеклом
и кристаллом катализатора для эффективного смачивания.
5. Близость параметров кристаллических решеток катализа-
тора и выпадающей кристаллической фазы. Допускаемое расхож-
дение не должно превышать 15%.
Частицы катализатора выделяются в диспергированном виде
при повторном нагревании стекла до определенной температуры
и достаточно длительной выдержке и затем инициируют (возбуж-
дают) кристаллизацию основной кристаллической фазы. Подобные
катализаторы, образующие зародыши будущих кристаллов (Au,
Ag, Си, Pt, фториды), относят к группе А [261]. Влияние добавок
264
окисного типа (TiO2, ZrO2, Р2О5), отнесенных к группе Б, состоит
в том, что они способствуют образованию несмешиваемости в стек-
лах, и последующая кристаллизация обусловливается весьма
развитой поверхностью раздела между метастабильными фазами
1262].
Общая схема получения стеклокристаллических покрытий
следующая: варка эмали определенного состава с добавками ка-
тализатора кристаллизации; приготовление шликера и нанесение
его на изделия; сушка; обжиг; термическая обработка, приводя-
щая к тонкой равномерной кристаллизации покрытия. При не-
обходимости нанесения покрытия в несколько слоев изделия
подвергаются термообработке только один раз после обжига
последнего слоя. Назначение дополнительной термообработки
состоит в том, что при этом создаются условия, обеспечивающие
максимальное образование центров кристаллизации, необходимую
степень закристаллизованности и заданный фазовый состав стекло-
кристаллического материала.
Первые публикации полурекламного характера, посвященные
описанию стеклокристаллического покрытия, разработанного аме-
риканской фирмой «Пфаудлер», известного под названием Ну-
серит (Nucerite), появились в начале 60-х годов [263—267].
Свойства этого материала отличались от обычных эмалевых
покрытий значительной термической и механической прочностью
(табл. 31). В настоящее время в отечественной [252, 268—275]
и зарубежной литературе [276—2811 появилось много статей,
а также патентов, описывающих стеклокристаллические покры-
тия различного назначения.
Фирма «Пфаудлер» указывает на три области применения
стеклокристаллических покрытий [263]: высокотемпературная
коррозия парами и расплавами металлов и их солей; абразивное
воздействие при высоких температурах; воздействие повышенных
механических и термических нагрузок в агрессивных жидких
средах при относительно низких температурах (ниже 315° С).
По данным [2631 температурные области применения стекло-
видных эмалей и стеклокристаллических покрытий следующие:
Вид покрытия Температурный интервал в °C
Стекловидные эмали ........... 20—315
Стеклокристаллические покрытия:
на углеродистую сталь . . . 315—480
» инконель ............. 480—760
» жаропрочные металлы . . . 760—1100
По данным той же фирмы стеклокристаллическими эмалями
покрывают многие виды аппаратов и арматуры: реакторы разных
типов, мешалки, направляющие лопатки, поршни насосов, трубки
для термопар, валики, пломбы и другие детали, подвергающиеся
жестким условиям работы [263, 278].
На основании ряда работ [272—274], а также по ана-
логии с [другими упрочненными материалами, можно считать
265
Таблица 31
Свойства стандартного стекловидного антикоррозионного
и стеклокристаллнческих покрытий
Наименование Тип покрытия
Стандартное антикорро- зионное Стеклокристаллические
до термиче- ской обра- ботки после тер- мической обработки
Сопротивление истиранию (потери веса в мг за цикл 15 мин) 49-64 40—50 12—30
Сопротивление термическому уда- ру на мягкой стали (перепад темпера- туры в °C, вызывающий разрушение) 210—260 220—280 305—470
Прочность на удар на мягкой стали (работа удара в кГ м, вызывающе- го разрушение, которое обнаружи- вается при пробе 10 000 в) 0,14—0,16 0,23—0,25 0,28—0,30
Максимальная рабочая температу- ра в °C 260 400—705 650—815
Скорость коррозии в мм/год при воздействии
паров кипящего 20-процент- ного раствора НС1 0,11 0,13 0,14 '
5-процентного раствора (жид- кая фаза) NaOH 0,25 0,26 0,32
кипящей дистиллированной воды (жидкая фаза) 0,06 0,03 0,04
установленным, что свойства стеклокристаллических материалов
и покрытий зависят от следующих параметров.
1. Размер выделяющихся кристаллических частиц. Чем меньше
(до известного предела) размер частиц, тем прочнее материал.
2. Форма частиц. Игольчатые кристаллы неблагоприятны для
упрочнения. Лучшими оказываются частицы, приближающиеся
к шаровидной форме.
3. Количество выделяющихся частиц. Предел, по-видимому,
составляет 30—40% от объема всего материала.
4. Адгезия кристаллической и стекловидной фаз. Чем она
выше, тем прочнее материал.
5. Соотношение прочности частиц и стекловидной матрицы,
в которой заключены кристаллические частицы. Прочность кри-
сталлических частиц должна быть выше прочности стекла в 2—3
раза. Слишком большая разница в прочности частиц и матрицы
неблагоприятно влияет на прочность материала.
6. Химическая устойчивость выделившихся частиц и оста-
точной стекловидной фазы.
266
Получение стеклокристаллических материалов—(ситаллов) с та-
кими оптимальными параметрами — чрезвычайно сложная за-
дача. Однако значительно сложнее получить стеклокристалличе-
ские эмали, так как последние должны удовлетворять всем тре-
бованиям, предъявляемым к обычным эмалевым покрытиям и
к стеклокристаллическим материалам. Так, например, коэффи-
циент термического расширения стеклокристаллической эмали
и в стеклообразном, и в закристаллизованном состоянии должен
соответствовать коэффициенту термического расширения металла
и изменяться при кристаллизации незначительно. Температура
гладкого растекания эмали, а также температура ликвидуса не
должны превышать температуру эмалирования обычных мало-
углеродистых сталей (900—920° С) во избежание коробления
и излишнего окисления металлов.
Для получения стеклокристаллического. покрытия пригодны
стеклообразные системы с выраженными областями расслаива-
ния, причем одна фаза, получающаяся в результате расслоения,
легко кристаллизуется, другая же остается стекловидной [265].
Чтобы подавить влияние обычного расстекловывания, которое
происходит в зонах с низкой энергией образования центров,
пользуются методом направленной кристаллизации. Максималь-
ная прочность, химическая устойчивость, надежность свойств
обусловливаются идеальной структурой — тонкозернистой, одно-
родной, без полостей [265]. Однако при эмалировании довольно
трудно достичь однородной структуры стекла [280]. Глина и
другие мельничные добавки за непродолжительное время обжига
не успевают раствориться во фритте с образованием гомогенного
стекла.
Покрытие имеет градиент по составу как в направлении
границ раздела между отдельными зернами фритты, так и к гра-
нице раздела покровный слой — грунт. Имеется также кристал-
лизация на внутренних границах раздела в местах газовых пу-
зырей и ориентация кристаллов, вызываемая градиентом напря-
жений в стекле. Все это влияет на структуру получаемого покры-
тия. Чтобы добиться максимально возможной однородности в про-
цессе эмалирования, покрытие должно быть обожжено быстро,
так как стекло проходит через зоны нуклеации и кристаллизации
до того, как будет достигнута температура обжига. Слишком мед-
ленный цикл нагревания приводит к заметной кристаллизации
до оплавления покрытия. Во многих случаях при этом стекло
становится слишком тугоплавким, не растекается и не может
образовать сплошного покрытия. Размеры оставшихся кристал-
лов, образующихся во время обжига, также трудно регулировать
последующей термообработкой [280].
Многокомпонентный состав .эмали часто приводит к полими-
неральности кристаллических фаз, выделению кристаллов, отри-
цательно влияющих на ряд свойств покрытия, чаще всего на
химическую устойчивость и к. т. р. [276].
267
Для получения высокоустойчивых к кислотам и достаточно
легкоплавких стеклокристаллических эмалей для малоуглеро-
дистой стали за основу может быть взят принцип выделения
в кристаллическую фазу легкоплавких, химически неустойчивых
соединений с низким содержанием кремнезема. Количество кри-
сталлических частиц не должно превышать 30—40% всего объема
эмали. При этом стеклообразная матрица обогащается кремнезе-
мом, что сообщает ей высокую кислотоустойчивость и высокую
температуру размягчения. Частицы кристаллической фазы, за-
нимающие меньший объем по сравнению с матрицей, оказываются
блокированными стеклообразной матрицей. Химическая устой-
чивость кристаллических частиц в этом случае не имеет суще-
ственного значения, так как они защищены высококислотоупорной
стеклообразной фазой.
Как известно, температура плавления кристалла всегда выше
температуры размягчения стекла того же химического состава,
полученного расплавлением- этих же кристаллов. Разница в тем-
пературе размягчения стекла и температуре плавления кристалла
значительна и составляет, как правило, около 30%. Таким обра-
зом, при выделении легкоплавкой фазы в виде кристаллов тем-
пература размягчения эмали после кристаллизации обязательно
повысится.
С использованием изложенного выше принципа был разрабо-
тан ряд химически устойчивых стеклокристаллических эмалей на
основании систем R2O—А12О3—SiO2; R2O—MgO—А12О3—SiO2;
диопсид—сподумен—дисиликат лития [268,270—273]. В качестве
катализаторов кристаллизации использовались платина, пяти-
окись фосфора, двуокись титана. Исследования показали, что
при кристаллизации этих стекол в качестве кристаллической
фазы выделяются: мета- и дисиликат''лития, литиевые алюмо-
силикаты, различные формы кристаллического кремнезема в за-
висимости от состава исходного стекла, температуры термооб-
работки, вида катализатора и т. д. Поскольку выделение мета-
силиката лития (Li2O-SiO2) и эвкриптита (Li2O- Al2O3-2SiO2)
в кристаллическую фазу в наибольшей степени обогащает стекло-
видную матрицу кремнеземом и обедняет щелочными окислами,
то на основании кристаллизации этих фаз были получены наиболее
химически устойчивые стеклокристаллические эмали (табл. 32).
Стеклокристаллические эмали на основе кристаллизации мета-
силиката лития имеют высокую кислотоустойчивость; по абра-
зивной стойкости они превосходят стекловидные кислотоупорные
эмали в 2—2,5 раза и могут быть рекомендованы для нанесения
на детали насосов и другие изделия, работающие в агрессивных
средах с абразивным воздействием.
Отличительной особенностью стеклокристаллических эмалей,
в которых в качестве кристаллической фазы выделяется твердый
раствор 0-эвкриптит—кремнезем, является высокая термическая
устойчивость, достигающая 600° С. Такая высокая термостой-
268
Таблица 32
Сравнительные характеристики стеклообразных
и стеклокристаллических эмалей
Свойства Стеклокристаллические эмали Промышлен- ные стекло- образные эмали [274]
[2521 [272, 274] 1271 ] к-1 Э-1
Кислотоустойчивость (по- теря веса в мг/см2 в 20-про- центной кипящей соляной кислоте за 3 ч 0,025 0,05—0,10 0,14 0,10 0,30
Термостойкость (перепад температуры в °C) 600 300—500 540 200 200
Прочность на удар (по сравнению со стекловидны- ми покрытиями, прочность которых принята за 1) 3—3,5 2—2,5 2—2,5 — —
Температура размягче- ния в °C — 650—750 700 460 400
Абразивная устойчивость (метод взаимного шлифова- ния) — 0,9—1,0 0,6—0,8 0,45 0,40
кость обусловливается достаточно низким коэффициентом расши-
рения закристаллизованных эмалей (80—90-10<7 1/°С), благо-
даря кристаллизации p-эвкриптитовых твердых растворов, име-
ющих отрицательное термическое расширение. Одна из таких
эмалей (271 ] нашла применение в промышленности и исполь-
зуется для покрытия комплектующих деталей аппаратуры, на-
ходящихся в наиболее жестких условиях эксплуатации.
Для получения высокой химической, термической и механи-
ческой прочности необходимо строго соблюдать режимы термо-
обработки. На рис. 92 и 93 и в табл. 33 приведены результаты
изменения этих свойств в зависимости от температуры и продол-
жительности термообработки. По мере выделения из стекла
кристаллов метасиликата лития потери в весе снижаются. Количе-
ство кристаллов, как видно из электронномикроскопических сним-
ков (рис. 94), не превышает 30—40% и создает надежное экрани-
рование химически нестойких кристаллических образований
высокоустойчивой стекловидной фазой. По мере увеличения темпе-
ратуры термообработки кристаллы растут, соприкасаются друг
с другом и создают возможность для более легкого разрушения
материала.
Для стекло кристаллических покрытий, как уже было ска-
зано, существенным является изменение к. т. р. при кристал-
лизации. Резкое различие в термическом расширении эмали до
269
Таблица 33
Свойства стеклокристаллических эмалей в зависимости
от условий термообработки
Термообработка Мнкро- Проч- ность на Химическая устойчи- вость в мг[см.г Термо- Ударна? ность ПрОЧ-1 кГ
Темпе- ратура Гв °C Время в ч твердость в кГ]ммг изгиб в кГ/см.2 в град перепада Первый след от Удара Скол до ме- талла
Незакристал- 750+10 750 + 10 0,20—0,25 180—10 0,8 6-7
лизоваииое
стекло ИЛИ
покрытие
600 2 850±15 1600+100 0,12—0,15 320—10 1,2 >9
600 4 940+15 2000 ±100 0,04—0,08 440—10 1,2—1,4 >9
600 6 — — 0,04—0,08 300—10 1,2—1,4 >9
600 8 865±15 1350 + 100 — 280—10' 1,2—1,4 >9
и после кристаллизации может привести к образованию трещин,
а иногда к полному скалыванию покрытия. На рис. 95 приведены
кривые относительного удлинения стекла в исходном и закри-
сталлизованном состоянии при выделении кристаллической фазы
Рис. 92. Кривая выщелачиваемое™
стекла в зависимости от темпера-
туры термообработки
Рис. 93. Кривые’выщелачиваемое™
стекол в зависимости от условий
термообработки:
верхняя кривая — температура кри-
сталлизации и 550° С; нижняя кри-
вая — то же 600° С
метасиликата лития. Повышение термостойкости, ударной проч-
ности, прочности на изгиб (табл. 33) стекло кристаллических эмалей
находится в непосредственной связи с упрочнением материала
при кристаллизации. Термостойкость эмалевого покрытия в основ-
ном определяется к. т. р. эмали и ее прочностью на растяжение.
270
В случае стеклокристаллических покрытий различие между
расширением кристаллов и стекловидной прослойки даже
при неизменности суммарного расширения приводит к возникно-
Рис. 94. Электронномикроскопические фотографии стекло-
кристаллической эмали (Х7500): а—кристаллическая фаза—
метасиликат лития — блокирована стеклом; б — кристаллы
метасиликата лития соприкасаются друг с другом
вению в покрытии внутренних напряжений в дополнение к тем,
которые создаются при охлаждении из-за различного расширения
металла и эмали. Это повышает термостойкость покрытия.
271
Еще большее влияние на стойкость к тепловым, а также и
к механическим ударам оказывает упрочнение покрытия при
кристаллизации. Разрушение стекловидного покрытия происходит
в основном вследствие образования большого числа микротрещин
и беспрепятственного их распространения. Выделение кристал-
ликов мельчайших размеров в стеклокристаллической эмали пре-
Рис. 95. Кривые дилатометрического рас-
ширения литиевокалиевоалюмосиликат-
ной эмали:
1 — стекловидной; 2 — объемно закристалли-
зованной
пятствует распространению
микротрещин, причем чем
меньше размеры кристалли-
ков, тем больше упрочнение
[265, 272].
Все приведенные харак-
теристики были определены
для покрытий, сочетавших
стекловидный грунт и стек-
локристаллическую покров-
ную эмаль. Создание стекло-
кристаллических грунтов по-
зволит значительно повысить
термомеханические свойства
покрытий в целом. Появив-
шиеся сообщения [281] фирмы
«Пфаудлер» наглядно демон-
стрируют это положение
(табл. 34). Предлагаемые
Таблица 34
Влияние кристаллизации грунтов и эмалей
на термические и механические свойства покрытий
Грунт Покровная эмаль Металл Термо- стойкость (перепад температу- ры в °C) Механическая проч- ность (удар) в кГ- см
Первая трещина Разруше- ние «ь * 3 « о «я ®° « о £5.0 Сак- Первый откол
Стекло- видный Стекло- видная Малоугле- родистая сталь 218 246 23—24 80—113
То же Стекло- кристал- лическая То же 232 315—399 67—78 219—172
Стекло- кристал- лический То же » 246 454—520 79—103 Свыше 172
Примечание. Суммарная толщина покрытия 1,27 — 1,52 мм, толщина
стали 12,7 мм.
272
стеклокристаллические грунты имеют коэффициенты расшире-
ния, соответствующие малоуглеродистой стали, достаточно низ-
кую вязкость и хорошо растворяют окалину при обжиге, обла-
дают высокой кристаллизационной способностью [282]. Составы
этих грунтов лежат в следующих пределах (вес. %):
SiO2...........................
Р2Оа 4~ В30з...................
ВаО, CaO, MgO..................
Na2O, К2О, Li2O................
TiO2...........................
Окислы сцепления ..............
Сумма .........................
РзО5 : В2О3....................
45—65
5—20
4—20
9—23
5—20
До 3
Не более 20%
От 1 : 3 до 2 : 1
Введение Р2О5 и В2О3 в определенных соотношениях дает
комбинированный эффект — растворение окалины и кристалли-
зацию.
Другой принцип получения стеклокристаллических покрытий
осуществляется при выделении в кристаллическую фазу хими-
чески стойких кристаллов, таких как различные формы кремне-
зема, пироксены сложного состава; общая формула пироксенов
имеет вид XY [(Si, А1)2Ов], где X — катионы восьмерной коорди-
нации (Na, Са); Y — катионы шестерной координации (Li, Mg, Fe).
Эти стеклокристаллические эмали обычно более тугоплавки
и предназначаются для нанесения на легированные стали.
Выделяя в кристаллическую фазу различные модификации
кремнезема, имеющие достаточно высокие коэффициенты терми-
ческого расширения (в интервале 20—600°С к. т. р. а-кварца
237, тридимита—144, кристобалита — 271-Ю-7 1/°С), можно
получить стеклокристаллические эмали с высоким коэффициентом
расширения, пригодные для нанесения на нержавеющие стали
(типа Х18Н9Т), не прибегая к введению в состав эмалей боль-
шого количества щелочных окислов. Такие стекло кристалличе-
ские эмали разработаны на основании стекол системы R2O—
ZnO- SiO2 с добавками Р2О5 в качестве катализатора кристал-
лизации. Введение Р2О5 стимулирует выделение кремнезема в виде
кристобалита и тридимита. Стеклокристаллическая эмаль подоб-
ного типа СЛ2-1 [283, 284] обжигается при температуре 1000—
1050°С.
Для предотвращения скалывания при получении покрытий
достаточной толщины на этих металлах необходимо, чтобы ча-
стичная кристаллизация фазы с высоким к. т. р. произошла уже
в результате обжига, что и наблюдается для данного состава.
Дополнительная термообработка производится при 600—800° С
в зависимости от требуемых свойств. После термообработки тем-
пература начала размягчения покрытия повышается до 850—
920° С. Средний к. т. р. покрытия составляет от 130 до 200 X
X 10'7 1/°С, что обеспечивает прочное соединение покрытия
с нержавеющими сталями и сплавами, в том числе на выпуклых
18 В. В. Варгии 273
поверхностях, без опасения сколов. Кислотостойкость покры-
тия при оптимальном режиме термообработки характеризуется
потерей веса до 0,1 мг/см2 за 20 ч кипячения в 20-процентной НС1;
удельное электрическое сопротивление 10й—1015 ом-см.
На основе покрытия марки СЛ2-1 создана серия других си-
талловых покрытий, пригодных для нанесения на нержавеющие
стали, никелевые сплавы, медь и другие металлы с высоким к. т. р.
Выделение в кристаллическую фазу пироксенов сложного
состава позволило создать температуроустойчивые стеклокристал-
лические покрытия на легированные стали и сплавы, титан и
хром и т. д., отличающиеся высокой абразивной устойчивостью
и ударной прочностью. Эти свойства обеспечиваются особым це-
почечным строением и плотной упаковкой атомов в пироксенах.
Разнообразие составов широкого изоморфного ряда пироксенов
позволяет использовать недефицитное сырье (доломиты, глины,
мел). Составы предлагаемых стеклокристалличёских эмалей на
легированные стали и сплавы [285] ограничены следующим
содержанием компонентов (в вес. %): 50—60 SiO2; 10—20 СаО;
10—20 Na2O; 5—20 MgO; 0—5 Al 2О3; 0—5 Fe2O3; 0—5 FeO; 0—
5 NiO; 0—5 K2O; 0—5 MnO; 4—6 F.
Введение в состав эмалей закиси железа, окиси никеля и
марганца способствует более интенсивной кристаллизации пи-
роксеновой фазы. Достаточная согласованность покрытий с ме-
таллической подложкой возможна при содержании щелочных
окислов 10—20%. Формирование покрытий осуществляется в тем-
пературном интервале 1000—1100° С. При вторичной термооб-
работке выделяется пироксеновая фаза сложного состава и CaF2.
Характеристика покрытия: температура начала размягчения 800—
850° С, к. т. р. 120—130-10-7 1/°С, термостойкость до 600° С,
прочность на удар и абразивная устойчивость в 3—-4 раза выше
по сравнению со стекловидными покрытиями, кислотоустойчи-
вость в 20-процентной НС1 за 3 ч испытания 0,1—0,8 мг/см2.
Шликер, нанесение и сушка покрытий
Приготовление шликера и мельничные добавки. Мельничные
добавки оказывают большое влияние на качество шликера и
свойства эмалевого покрытия. Для грунтов эти добавки не от-
личаются от добавок, применяемых для других видов стальных
изделий, — посуды, холодильников и т. п., за исключением боль-
ших количеств кварцевой муки, добавляемой для увеличения
интервала обжига.
При выборе мельничных добавок для покровных эмалей не-
обходимо учитывать их влияние на химическую устойчивость
покрытия. Эмалевые покрытия, нанесенные пудровым способом,
как правило, значительно более устойчивы, чем покрытия, на-
несенные мокрым способом. Особенно неблагоприятно влияет
глина, вводимая для получения шликерной суспензии. Поэтому
274
добавку глины нужно по возможности ограничивать, что, однако,
очень трудно, так как шликер химически устойчивых эмалей
плохо заправляется. Рекомендуется применять глины, обладаю-
щие высокой суспендирующей способностью, например, глухов-
скую. Рекомендуется также полностью или частично заменять
глину бентонитом. Вместо 3% глины достаточно ввести 0,7—0,9%
бентонита. Шликер с бентонитом имеет лучшие кроющие свойства,
ложится более ровным и
плотным слоем. При замене
глины бентонитом плав-
кость — растекаемость — по-
крытия увеличивается, улуч-
шается и химическая устойчи-
вость покрытия.
Рис. 96. Влияние мельничных добавок
на выщелачиваемость эмалевого покры-
тия 20-процентной НС1:
1 — без добавок; 2 — с добавкой 3% глины;
3—с добавкой 3% глины -j- 3% песка; 4—с до-
бавкой 3% глины + 9% песка; 5 — с добав-
кой 3% глииы + 3% Сг2О3; 6 — с добавкой
3% глины + 2% SnO2
Плабкость (растекаемость), мм
Рис. 97. Влияние добавки кварце-
вой муки на выщелачиваемость и
плавкость кислотоупорной эмали:
/ — без добавки; 2 — с добавкой
5% SiO2; 3—с добавкой 10% SiO2;
4—с добавкой 15% SiO2 5— сдобавкой
20% SiO2
Некоторые мельничные добавки (например, кварцевая мука,
окись хрома, окись олова) в противоположность глине положи-
тельно влияют на химическую устойчивость покрытия.
На рис. 96 показано влияние перечисленных добавок на выще-
лачиваемость одной из кислотоупорных эмалей (65% SiO2, 23,5%
Na2O).
Добавление к шликеру небольших количеств кварцевой муки
(—5%) хорошо воздействует на свойства шликера. Добавкой
кварцевой муки на мельницу можно в значительных пределах
увеличивать кислотоустойчивость покрытия при соответствую-
щем, однако, изменении плавкости. На рис. 97 показано влияние
18* 275
добавок кварцевой муки при помоле на кислотоустойчивость и
плавкость высококислотоупорной эмали.
Особенно рекомендуется применение добавки при помоле
эмалей даже небольших количеств SnOa и СгаО3, так как они
улучшают не только химическую устойчивость, но и качество
сплошности покрытия, что в случае добавки СгаО3 объясняется
понижением поверхностного натяжения расплавов [1, стр. 28].
Некоторые красители и глушители добавляют на мельницу
также с целью маркировки эмалей, что необходимо, если завод
применяет несколько типов эмалевых покрытий.
На мельницу добавляют и электролиты для получения высоко-
качественного шликера. Очень хорошее заправочное средство —
молибденовокислый аммоний, который уменьшает поверхност-
ное натяжение расплава и улучшает растекаемость при обжиге.
В шликер высококислотоупорных эмалей не рекомендуется
добавлять такие электролиты, как бура, поташ, NaNOa, КС1.
Небольшие количества этих электролитов добавляют в случае
надобности лишь перед нанесением шликера на изделия. Следует
по возможности ограничиваться добавкой только молибденово-
кислого аммония или небольших количеств алюмината натрия.
Состав мельничных добавок для химически устойчивых эмалей
приведен в табл. 35.
Таблица 35
Раскладка материалов при помоле химически устойчивых
эмалей (в вес. ч.)
Компоненты Высококислотоупорные и щелочеупорные эмали Кислото- упорная эмаль
Фритта 100 100 100
Глииа 2,5 3 6
Окись хрома 0,3 — —
Окись олова — 2,0 5,0
Селен — 0,05 —
Молибденовокислый аммоний 0,2 — —
Алюминат натрия — 0,25 0,15
Хлористый калий — 0,05 0,15
_ Вода 40 40 40
Цвет покрытия Зеленый Розовый Белый
Помол гранул и приготовление шликеров грунта и покровной
эмали для покрытия стальной аппаратуры требуют особенно
строгого соблюдения чистоты. Незначительные загрязнения шли-
кера, особенно органическими веществами, часто приводят к появ-
лению пор и булавочных уколов в покрытии.
276
Процесс приготовления шликера необходимо стандартизи-
ровать; удельный вес, тонина помола, консистенция шликера
должны сохраняться постоянными. При приготовлении шликера
с точным соблюдением норм отпадает ряд трудностей, связанных
с его нанесением на аппараты.
Помол гранул кислотоупорной эмали производится в шаро-
вых мельницах, футерованных фарфоровыми плитками. Шары
для измельчения применяют фарфоровые или кварцитовые. Для
гуэиготовления шликера обычно применяют дистиллированную
воду.
Глину очищают от загрязнений; для этого ее замачивают
в определенном количестве воды и после измельчения образовав-
шийся глиняный шликер процеживают через сито № 02
(900 отв/см2).
Шликер грунта и покровной эмали также процеживают через
сито № 02. Для очистки от железа шликер пропускают через
магнитный сепаратор. Готовые шликеры хранят в эмалированных
баках и употребляют их по истечении 24—48 ч после приготовле-
ния.
Характеристики шликера
Грунт Покровная
эмаль
Удельный вес ................ 1,67—1,69 1,71—1,73
Тонина помола (остаток после от-
мучивания по методу Сабани-
на) ......................... 0,8—0,9 см3 0,5—0,6 см3
Консистенция ..................4,5—5,0 г/дм3 5,5—6,5 г/дм3
Нанесение шликера. Шликер на поверхность аппарата наносят
методом пульверизации. Устройство и работа пульверизатора
описаны выше (стр. 211). Диаметр сопла пульверизатора 1,2—
1,5 мм, давление воздуха 2,5—3 ати.
При нанесении шликера пульверизатор нужно держать так,
чтобы ось его была всегда направлена перпендикулярно к покры-
ваемой поверхности. При переходе с одной полосы на другую
пульверизатор следует выключать во избежание образования утол-
щений на краях. Необходимо строго соблюдать постоянное рас-
стояние между пульверизатором и покрываемой поверхностью —
25—30 см и передвигать пульверизатор вдоль поверхности из-
делия с постоянной скоростью. Толщина нанесенного слоя должна
быть 0,12—0,15 мм.
Большой интерес представляет метод нанесения шликера на
аппараты способом пульверизации в электростатическом поле,
применяемый для покрытия плоских изделий (стр. 216).
Способ нанесения шликера на сильно охлажденное изделие
в специальной камере, заполненной распыленным шликером,
пока не нашел применения для покрытия больших емкостей.
На каждый аппарат наносят один, реже два слоя грунта и три
слоя покровной эмали. При наличии дефектов на покрытии,
277
обнаруживаемых после нанесения и обжига третьего слоя эмали,
шликером покрывают лишь дефектные участки й аппарат вновь
обжигают.
Сушка. После каждого покрытия шликером аппараты необ-
ходимо тщательно просушивать перед обжигом.
Практика эмалирования выработала определенные режимы
и методы сушки. Метод сушки в обогреваемых сушильных ка-
мерах с вентиляционной вытяжкой весьма несовершенен. Про-
должительность сушки для аппаратов весом около 500 кг в ка-
мере при температуре 70—75° С составляет 50—70 мин.
Более рациональным методом является сушка теплым возду-
хом без камер. После покрытия шликером аппараты, расположен-
ные в обычном помещении, обдувают (со стороны покрытия)
теплым воздухом, имеющим температуру 60—65° С. Воздух по-
дается вентилятором среднего давления и нагревается в калори-
ферах паровых или обогреваемых отходящими газами. Обдувка
осуществляется от стационарных воздухораспределителей, уста-
новленных вдоль стен, или переносными приборами. Продолжи-
тельность сушки при таком методе значительно сокращается,
составляя для аппаратов среднего размера 15—20 мин.
Обжиг покрытий
Особенности процесса обжига аппаратуры. Особенности обжига
эмалированной аппаратуры определяются ее большим весом и
крупными размерами. Обжиг грунтового слоя проводят обычно
в интервале температур 860—920° С, покровного слоя — в ин-
тервале 800—860° С. Продолжительность обжига зависит от тол-
щины металла, веса и габаритов аппарата и обжиговой оснастки,
начальной температуры и мощности печи. В отличие от других
эмалированных изделий время обжига аппаратуры значительно
больше и составляет от 15—20 мин для тонкостенных мелких де-
талей (мешалки, термогильзы и т. п.) до 40—80 мин для крупно-
габаритных толстостенных аппаратов.
При обжиге эмалевого покрытия на аппаратуре может полу-
читься большая разность температур между различными частями
изделия из-за различной скорости их нагревания, разнотолщин-
ности и неравномерности температуры в печи. Это вызывает де-
формацию изделий при обжиге и вследствие этого могут образо-
ваться дефекты в эмалевом слое (прогары, пузыри и уколы в ме-
стах пережога, волосные линии и трещины в местах приварки
фланцев, опорных лап, компенсатора, воротника и т. nJ. При
остывании изделия после обжига различие в скорости охлажде-
ния различных частей аппарата может вызвать деформацию и
возникновение опасных напряжений в эмалевом слое, приводя-
щих к появлению трещин и отколов. Деформация при обжиге
возникает также из-за большого веса аппаратов.
В большинстве случаев химическую аппаратуру эмалируют
только лишь с одной стороны. Это, как правило, улучшает ка-
278
чество эмалирования в отношении сплошности эмалевого покры-
тия, но в то же время может вызвать более сильное взаимодействие
с печной атмосферой неэмалируемой поверхности металла, в част-
ности его наводороживание (при безмуфельном сжигании топлива
в зоне обжига).
Перечисленные особенности процесса обжига обусловливают
технологические требования к грунтовым и покровным эмалям
(широкий интервал обжига, см. стр. 255), конструкциям самих
аппаратов (см. стр. 246), печей и обжиговой оснастки.
Контроль процесса обжига с учетом этих особенностей тре-
бует тщательного измерения и автоматического поддержания за-
данной температуры в различных частях печного пространства,
что достигается устройством в современых печах нескольких зон
нагрева, имеющих самостоятельное питание и регулирование
температуры.
Контроль продолжительности обжига по времени выдержки
в печи дополняют также визуальным контролем готовности по
накалу (цвету) обжигаемого изделия и блеску эмалевого слоя,
так как время обжига может несколько колебаться от случайных
факторов (изменение напряжения в сети, сопротивления спира-
лей и т. п.). НИИЭмальхиммашем разработан прибор, позволяю-
щий контролировать готовность и завершение процесса обжига
по качественному изменению блеска эмалевого покрытия непо-
средственно в печи.
Оборудование и приспособления для обжига. Оборудование
и приспособления для обжига включают в себя: печи, посадочные
машины, транспортные устройства, остывочную камеру, подставки
и прочий обжиговый инструмент.
Печи для обжига. Процесс развития печей для обжига аппара-
туры в основном стимулировался увеличением размеров изделий
и требованием равномерного обжига.
По источнику тепла находят применение печи с электрообо-
гревом, на жидком и газообразном топливе (муфельные, безму-
фельные, с радиационными трубами), а также комбинированные
(пламенно-электрические).
Рассмотрим лишь некоторые особенности сжигания топлива
в безмуфельных печах, давно применяемых для обжига аппара-
туры, так как другие виды обогрева описаны выше (см. стр. 165).
В этих печах продукты горения поступают непосредственно в ка-
меру обжига и иногда даже омывают обжигаемый аппарат. Для
устранения вредного воздействия продуктов горения используют
несколько вариантов.
Первый вариант. Топливо сжигают непосредствейно в камере
обжига, без аппарата, разогревая ее до температуры на 250—
350° выше, чем требуемая температура обжига. Затем горелки
отключают и загружают аппарат; обжиг происходит за счет тепла,
аккумулированного кладкой печи, которая выполняется в этом
случае массивной (три кирпича огнеупора и два — изолирующих)
279 .
с высокоизолирующей изоляционной засыпкой стенок и свода.
Достоинство такого типа печей заключается в возможности ис-
пользовать разнообразное дешевое топливо. Недостатками яв-
ляются высокий удельный расход топлива, недолговечность
службы футеровки, большие трудности в соблюдении режима
обжига, низкий коэффициент использования по времени.
Второй вариант. Допускается непрерывное воздействие пла-
менных газов на аппарат во время обжига, благодаря чему полу-
чают низкий удельный расход топлива. Для снижения вредного
воздействия газов на качество обжига необходимо обеспечить
полное сгорание топлива до поступления топочных газов непо-
средственно к аппарату и применение только бессернистых или
малосернистых видов топлива (не более 0,2% серы). При обжиге
грунта в присутствии сернистого газа на покрытии образуются
пузыри, а при обжиге покровной эмали появляется белый налет
сернистых соединений щелочных металлов. Высокое содержание
водяных паров в печной атмосфере вызывает сильное вскипание
покрытия («апельсиновая корка», шагрень), появление пузырей,
уколов и белого налета. Рекомендуемый состав печной атмосферы
при безмуфельном обжиге стальных эмалированных изделий сле-
дующий [286].
Для многоборных грунтов Для малоборных грунтов Состав атмосферы в зоне обжига в % Коэффициент избытка воздуха
со2 н2о О2 n2
;g:4 V/ V/ \v \v № 4* 5=75 ^73
Для обжига покровной эмали коэффициент избытка воздуха
должен быть ^=1.
' Полное сгорание обеспечивается специальной конструкцией
печи и горелоц. На рис. 98 показана возможная схема такой печи,
состоящей из друх камер: обжиговой I и топочной II. Обе камеры
перекрыты общим сводом и разделены промежуточной стенкой,
у основания которой имеются каналы. Подачу воздуха в форсунки
(или горелки) регулируют, чтобы в топочной камере произошло
полное сгорание топлива, затем продукты горения попадают че-
рез каналы в камеру обжига, где омывают аппарат и уходят
в боров. Распределение температуры в печи следующее: в топоч-
ной камере 1100—1150° С, в обжигательной камере 850—920° С.
Имеются конструкции горелок, обеспечивающие полное сго-
рание топлива. В частности, сконструированы специальные им-
пульсные горелки [287] с большой скоростью выхода газовоздуш-
ной смеси, что обусловливает интенсивное движение воздуха
280
в печи и равномерное распределение температуры. По сравнению
с муфельными печами безмуфельный обжиг позволяет снизить
расход топлива на 25%.
В комбинированных пламенно-электрических печах камеру
разогревают газообразным или жидким топливом. Перед посадкой
4 5
А-А
Рис. 98. Горизонтальная пламенная печь для безмуфель-
ного обжига:
1 — дверь печи: 2—вращающийся под; 3 —отверстие дымохода;
4 — промежуточная стенка; 5 — каналы для горячих газов;
6—порог топочной камеры; 7—форсуночные окна; в—фундамент
аппарата в печь включают электронагреватели, выключая одно-
временно подачу топлива.
По конструкции и схеме работы печи можно разделить на
камерные печи периодического действия и конвейерные (с непре-
рывным или прерывным движением конвейера). Последние при-
меняют на крупных заводах в основном для обжига малогабарит-
ной аппаратуры и деталей (мешалок, термогильз и т. п.).
281
1
Рис. 99. Схема вертикальной
элеваторной печи:
1'— шахта печи; 2 — подъемный
механизм пода; 3 — газогорелочное
устройство; 4 — подъемный под;
5 — обжигаемый аппарат
Камерные печи выполняют в двух вариантах: горизонтальные
и вертикальные.
Горизонтальные камерные печи, применяемые для обжига мел-
кой арматуры, деталей и малогабаритных (до 100 л) аппаратов,
аналогичны печам, используемым для обжига посуды, предметов
сантехники и др. (см. стр. 167).
Печи для более крупных аппаратов имеют ряд особенностей,
которые удобно показать на примере горизонтальной пламенной
печи для обжига аппаратов емкостью до 3000 л (рис. 98). Обжи-
гаемый аппарат в вертикальном по-
ложении устанавливают на под, кото-
рый затем приводят во вращение со
скоростью 4—5 об!мин на весь период
обжига. Это необходимо для более
равномерного нагрева аппарата, так
как топочные газы со стороны проме-
жуточной стенки имеют более высо-
кую температуру, а передняя часть
камеры несколько охлаждается из-за
больших тепловых потерь через дверь
печи. На 1 т аппаратуры такая печь
расходует около 150 кг дизельного
топлива на один обжиг (при средней
площади эмалируемой поверхности
каждого аппарата 7—9 л2).
Другой вариант горизонтальной
камерной печи предназначен для об-
жига аппаратов (.цистерн) в горизон-
тальном положении, что позволяет
уменьшить размер шибера и увели-
чить размер аппаратов. Наибольшая
печь такой конструкции для обжига
'цистерн диаметром 3,3 м и длиной до 10 м, весом до 25 т имеет
[288] размер жарового пространства 4,4x5,0X12,0 м (ширинах
X высотах длина), мощность электронагревателей 2400 кет.
К недостаткам горизонтальных камерных печей относятся:
необходимость больших площадей, значительные потери тепла
через шибер и неравномерность температуры по площади печи.
Эти недостатки в значительной степени устранены в вертикальных
(шахтных) камерных печах, которые получают все более широкое
распространение. Печи хорошо вписываются в механизированную
поточную линию. Они выполняются в виде цилиндрической вер-
тикальной камеры со сферическим сводом и вертикально переме-
щающимся круглым подом, на котором устанавливают обжигае-
мый аппарат (элеваторные печи).
На рис. 99 и 100 показана схема и общий вид такого типа пе-
чей. Механизм подъема имеет гидравлический или электрический
привод. Для создания равномерной температуры по вертикали на-
282
гревательные устройства печей разбивают на независимо регули-
руемые зоны (пояса). При использовании для нагрева электроэнер-
гии спирали укладывают на боковые стенки и под печи; при ис-
пользовании газообразного или жидкого топлива горелки распо-
лагают тангенциально по спиральной линии рядами. Приведем
характеристику электрической элеваторной печи для обжига ап-
паратов емкостью до 6,3 м3: максимальный вес обжигаемой детали
3,5 т; размеры рабочего пространства: высота 3,4 м, диаметр
2,7 м; мощность 1000 кет; число зон 6; максимальная температура
950° С; производительность 3 т/ч; проектный удельный расход
электроэнергии 250 квт-ч!т; цикл обжига 1,16 ч. Вертикальные
элеваторные печи позволяют производить обжиг самых крупных
аппаратов и емкостей. Одна из крупнейших в мире печей [289]
для обжига 80-кубовых аппаратов имеет следующие характери-
стики: максимальный вес загружаемой детали 35 т; максималь-
ная температура .1370° С; внутренние размеры: высота 9,9 м,
диаметр 5,1 м; высота башни 36 м. Печь обогревается 54 танген-
циально расположеными по спирали горелками; автоматическая
«система контроля регулирует атмосферу в печи и поддерживает
заданную температуру в каждой зоне с точностью до ±5° С.
Под печи может вращаться.
Прочие виды оборудования и приспособления для обжига в ка-
мерных печах включают в себя посадочную машину, транспорт-
ные устройства (тележки), подающие аппараты к посадочной
машине и убирающие их после обжига для остывания, а также
обжиговые подставки (решетки), служащие для установки аппа-
рата на загрузочном устройстве посадочной машины, на транспорт-
ной тележке и в самой печи. Для перемещения по цеху и посадки
аппаратов могут быть использованы мостовые краны, снабженные
ухватом с раздвижными «рогами», однако чаще применяют спе-
циальные посадочные машины (рис. 100 и 101). Посадочная ма-
шина представляет собой массивную раму-тележку, перемещаю-
щуюся по рельсам, на которой размещено собственно посадочное
устройство в виде рогов («хобота») с противовесом.
Машина осуществляет следующие движения: поступательное
в горизонтальной плоскости (скорость движения 5—30 m!muh},
подъем и опускание хобота (установка аппарата на решетку
должна производиться мягко и плавно со скоростью 0,2—-
0,5 м!мин), вращение хобота вокруг вертикальной оси со ско-
ростью 1—8 об1мин. Управление работой машины осуществляется
с пульта.
При сухом способе эмалирования посадочная машина может
быть совмещена с манипулятором, сообщающим аппарату спе-
циальные движения (повороты, качания, вращение) в процессе
опудривания (рис. 102).
Транспортные тележки представляют собой простые по кон-
струкции рамы на колесах, двигающиеся по рельсам или полу.
Они могут быть снабжены индивидуальным на каждой тележке
283
Рис. 100. Участок обжига эмалированных аппаратов:
1 — элеваторная печь; 2 — посадочная машина
Рис. 101. Посадочная машина для крупногабаритных аппаратов
284
или общим приводом с тросовой или цепной передачей к каждой
тележке.
Съемные подставки для обжига аппаратов и подставки пода
печи изготовляют из жароупорных сталей и сплавов. Наиболее
широко используют сталь
недостаточной жаропроч-
ностью и жаростойкостью
уже при температурах
800—900° С. Поэтому пред-
почтительнее применять
более жаростойкие и жаро-
прочные стали (например,
Х23Н18, Х18Н24СГЛ).
Конструкции подставок
показаны [290]: для об-
жига изделий фланцем вниз
на рис. 103, а, б и флан-
цем вверх —на рис. 103, в.
Схема рациональной орга-
низации работы обжиго-
вого оборудования зависит
от масштаба производства,
типа Х18Н10Т. Однако она обладает
Рис. 102. Манипулятор для посадки в печь
и опудривания деталей химической аппара-
туры
типа печей и посадочных
машин и должна обеспечивать наиболее полное использование печей.
При использовании горизонтальных печей организация работы
следующая. Рельсы посадочной машины располагают по оси печи
перпендикулярно ее фронту. Вдоль фронта печи располагают рель-
Рис. 103. Сменные подставки для обжига аппаратуры: сварная (а) и свариоли-
тая (б) подставки для обжига изделий фланцем вниз; в — сварнолитая подставка
для обжига изделий фланцем вверх
совый путь для транспортных тележек, причем одну посадочную
машину (одну печь) обслуживают 3—4 транспортные тележки,
так как длительность остывания в 2—3 раза превышает время об-
жига. Процесс обжига ведутв следующем порядке. Первую тележку
с установленным на ней аппаратом, готовым к обжигу, подкаты-
вают к рогам посадочной машины, которыми аппарат снимают
с тележки. Тележку откатывают, и посадочная машина загружает
285
аппарат в печь для обжига. На вторую тележку устанавливают
следующий аппарат, готовый к обжигу. После завершения об-
жига посадочная машина вынимает обожженный аппарат из печи
и ставит его на первую тележку, которая откатывается в студоч-
ную камеру. К посадочной машине подается вторая тележка
с аппаратом для обжига. Следующий аппарат устанавливают
на третью тележку, так как первая тележка занята остывающим
аппаратом. Такой цикл пе-
3
Рис. 104. Схема размещения оборудова-
ния на участке нанесения и обжига эмали:
риодически повторяется.
Вертикальные печи позво-
ляют более гибко и разно-
образно организовать работу
и использовать одну посадоч-
ную машину для обслужива-
ния нескольких печей. На
рис. 104 показана возможная
схема размещения оборудо-
вания на участке нанесения
и обжига покрытия.
Транспортные тележки
движутся по замкнутому
рельсовому пути с останов-
кой на позициях: нанесение
эмалевого шликера (тележка
опускается, аппарат устанав-
ливают на кантователь),
сушка, съем аппарата с те-
лежки для загрузки в печь,
установка аппарата после об-
жига на тележку, остывание
в камере, контроль качества
покрытия и разгрузка гото-
вого аппарата. Посадочная
1 — вертикальные элеваторные печи; 2 — по-
садочная машина; 3 — туннель дла охлажде-
ния изделий; 4 — транспортные тележки;
5 — позиция нанесения шликера; 6—позиция
сушки
маши на обсл уживает две печ и.
Конвейерные печи наиболее производительны и дают возмож-
ность рационально организовать производство. Для обжига та-
ких деталей аппаратуры как мешалки, термогильзы и т. п. наи-
более целесообразны и экономичны проходные щелевые печи
(см. рис. 105) с цепным подвесным конвейером. Они позволяют
объединить в непрерывную поточную линию весь технологический
цикл эмалирования. Приведем характеристику такого агрегата,
включающего камеру для нанесения шликера, инфракрасное элек-
тросушило, электропечь и камеру охлаждения, объединенные
общим подвесным конвейером в виде замкнутой цепи. Произво-
дительность агрегата на малых мешалках 200 кг/ч, на больших
288 кг/ч, шаг подвесок 400 мм.
Максимальный вес детали на одной подвеске 36 кг, количество
подвесок,одновременно находящихся в камере сушила и печи,—
286
шесть. Продолжительность цикла 15 мин, скорость движения кон-
вейера 5,25 м!мин.
Техническая характеристика печи и сушила агрегата
Печь Сушило
Размеры рабочего пространства
в мм:
ширина.................... 300 600
Длина ................... 3000 3400
высота............... 2100 2500
Мощность в кет............. 200 45
Рабочая температура в °C ... 900 60
Проектный удельный расход элек-
троэнергии в квт-ч!т . . .'. . 435 96
В своде печи и сушила имеется щель шириной 50 мм для
прохода подвесок, которая перекрывается установленными на
подвесках щитками с теплоизоляцией. Конвейер имеет периоди-
ческое движение.
Рис. 105. Схема агрегата для эмалирования мешалок и термогильз:
/—камера для нанесения шликера: 2 — сушило; 3—щелевая печь; 4 — камеры
охлаждения; 5 — подвесной конвейер
Для обжига малогабаритной аппаратуры емкостью до 500 л
на крупных предприятиях получают применение проходные печи
с роликовым подом, включаемые в поточную линию с полным
технологическим циклом эмалирования (нанесение шликера,
сушка, обжиг, охлаждение).
Контроль качества покрытий. Виды брака
Эмалевые покрытия аппаратов подвергают контрольным испы-
таниям в лабораторных условиях на специально эмалированных
образцах и приемо-сдаточным испытаниям на готовых изделиях.
К контрольным испытаниям покрытия относятся определения
кислотостойкости, щелочестойкости (только для щелочекислото-
стойких покрытий), термической стойкости, морозостойкости и
прочности на удар. Первым трем испытаниям подвергается каждая
плавка эмали, а определениям морозостойкости и прочности на
удар — одно из плавок от партии, имеющей не более десяти пла-
вок эмали.
287
При приемо-сдаточных испытаниях вся эмалированная по-
верхность после эмалирования и технологической выдержки
подвергается внешнему осмотру и контролируется на сплошность
На отдельных участках определяются толщина и механическая
прочность покрытия. Не менее 3% от общего числа выпускаемых
аппаратов испытывают на термостойкость.
Эмалевые покрытия на аппаратах должны отвечать следующим
требованиям (по ОСТу 26-01-1—70).
Кислотоустойчивость определяется по потере веса образцов пос-
ле испытания в течение4чв20,4-процентном растворе соляной кис-
лоты при температуре кипения. Потеря веса для покрытий высшего
класса должна быть не более 0,2 мг!см2, первого и второго классов—
не более 0,3 мг!см2, третьего класса — не более 0,4 мг!см2.
Щелочеустойчивость определяется по потере веса образцов
после испытания в течение 4 ч в 10-процентном растворе едкого
натра при температуре кипения. Потеря веса не должна превышать
0,6 мг!см2.
Термостойкость измеряется перепадом температур, который
покрытие выдерживает без нарушения целостности. При определе-
нии методом теплосмен для покрытий высшего, первого и второго
классов термостойкость должна быть не ниже 200—250° С, для
третьего класса — не ниже 160° С.
Толщина покрытия должна соответствовать следующим нормам.
Класс покрытия
Высший
Первый и второй
Третий
Средняя толщина
в мм
1,2—1,8
1,3—2,3
1,0—2,4
Местное изменение толщины в леи
Не более Не менее
2,0 1,0
2,5 0,7
2,7 0,7
Сплошность покрытия проверяется пробой при высоком на-
пряжении индикатором типа ИДС1 или другим прибором. При
наличии дефекта коронный разряд, наблюдаемый между щупом
прибора и испытуемой поверхностью, переходит в ярко светя-
щийся шнуровой разряд. Это испытание выявляет и такие дефекты
покрытия, которые не видимы невооруженным глазом, в том числе
пузырьки, скрытые под поверхностью эмалевого слоя. Покрытие
высшего класса должно выдерживать напряжение 20 000 в, первого
класса — 12 000 в, второго класса — 8000 в, третьего класса —
2000 в.
Для определения морозостойкости покрытие подвергают
охлаждению до —30° С, выдерживают при этой температуре в те-
чение 15 мин, а затем погружают образец в сосуд с водой, нагре-
той до 100° С. Покрытие считают выдержавшим испытание, если
после трех циклов охлаждения и нагревания сплошность его не
будет нарушена.
Для проверки механической прочности отдельные участки
покрытия на аппарате обстукивают деревянным молотком весом
288
не более 0,35 кг при высоте подъема не более 0,5 м. Боек молотка
имеет сферическую форму, обшит кожей. При определении на
образцах прочность на удар должна быть не менее 1,96 дж.
Виды и количество“допустимых дефектов эмалевого слоя на
аппаратах для каждого класса определяются в зависимости от
площади покрытия.
Описание пороков эмалевого покрытия и способов борьбы
с ними дано на стр. 321. Ниже кратко описаны пороки, имеющие
особое значение в производстве эмалированной аппаратуры, и
методы борьбы с ними.
Пузыри. Основная причина образования пузырей на грунто-
вом слое — недостаточно высокое качество металла и особенно
сварных швов. Наличие в сварных швах пор, включений шлака,
непровара неизбежно приводит к образованию пузырей в эмали.
Для устранения указанных причин, вызывающих образование
пузырей, дефектные места на поверхности металла зашлифовы-
вают мелкозернистыми шлифовальными камнями, изготовленными
на керамической связке. Дефекты сварных швов вырубают зу-
билом и вновь заваривают.
Булавочные уколы. Наличие уколов на эмалевом покрытии
аппаратуры очень опасно. Под действием химических реагентов
в местах уколов эмаль на отдельных участках может разру-
шиться.
Уменьшает количество уколов добавка 0,2—0,3% молибденово-
кислого аммония и молибденовой кислоты при изготовлении шли-
кера. Такая добавка понижает поверхностное натяжение эмали
и облегчает выход газов во время обжига. Замена в грунтах
4—5% кремнезема двуокисью титана также способствует устра-
нению уколов.
Медные головки. Покрытие аппаратов шликером грунта, ко-
торый предварительно прошел большую выдержку (около 7 су-
ток), уменьшает образование медных головок.
Образовавшиеся единичные медные головки зашлифовывают
шлифовальным камнем; после обдувки воздухом на эти места
ставят «заплатки» из грунта. Остальную поверхность только опы-
ляют грунтом. После обжига грунта аппарат, как обычно, покры-
вают покровной эмалью. При наличии большого количества мед-
ных головок грунтовое покрытие удаляют дробеструйной обработ-
кой и вторично покрывают аппарат грунтом.
Волосные линии. Они образуются в основном в местах приварки
опорных лап, косынок, штуцеров, рубашки, компенсатора.
Отколы эмали. Обычно эмаль откалывается в процессе осты-
вания аппаратов или после него. Бывают отколы до металла (от-
калываются покровная эмаль и грунт) или только до грунтового
покрытия. При правильно выбранном составе эмали отколы мо-
гут получаться из-за чрезмерно большой толщины покрытия.
На сварных швах отколы возникают из-за газонасыщенности
шва, особенно при газовой сварке. На закруглениях штуцеров,
19 в. в. Варгин 289
горловин, фланцев отколы образуются при малом радиусе закруг-
ления. Склонность к отколам увеличивается, если коэффициент
расширения эмали намного меньше коэффициента расширения
металла.
Рыбья чешуя. Помимо обычных причин, вызывающих появление
рыбьей чешуи, очень большое влияние на ее образование оказы-
вает атмосфера обжига. Из практики эмалирования аппаратуры
известно, что при использовании одного и того же металла и од-
ной и той же эмали рыбья чешуя не появляется, если обжиг прово-
дится в электрической печи; при обжиге в безмуфельной пламен-
ной печи около сварных швов возникает рыбья чешуя.
Часто причинами образования рыбьей чешуи на эмалирован-
ных аппаратах являются недостаточная термическая обработка
металла после проката и появление напряжений в металле после
котельно-сварочных работ. Как правило, порок возникает около
кругового и продольного швов, т. е. в местах больших напряжений.
Для предупреждения образования рыбьей чешуи аппараты после
котельно-сварочных работ подвергают длительному отжигу (около
1 ч) при температуре 900—920° С, причем после этого возможность
появления порока значительно уменьшается.
На аппаратах, изготовленных из титанистой стали, появление
рыбьей чешуи не отмечалось.
Дефектные места исправляют пломбированием золотом сле-
дующим образом. Высверливают дефектное место тонким зубо-
врачебным сверлом до образования канала, проходящего через
весь слой эмали до металла. Нижняя часть канала должна быть
несколько шире верхней, чтобы обеспечивалось лучшее закреп-
ление пломбы. Золото применяют электролитическое, прокален-
ное. С помощью молоточка золото утрамбовывают в высверленный
канал и расплющивают на поверхности эмалевого покрытия.
Поставленные пломбы испытывают на непроницаемость с по-
мощью двух вакуум-присосов, наполненных 20-процентным раст-
вором химически чистой соляной кислоты. Один присос устанав-
ливают на участок поверхности с пломбой, другой — на сосед-
ний неповрежденный участок эмалированной поверхности. Пред-
варительно места, на которые устанавливают присосы, промывают
и протирают спиртом. Присосы с кислотой выдерживают на эма-
лированной поверхности и на пломбе в течение 24 ч. После этого
их снимают, кислоту сливают в пробирки, добавляют по 2—3
капли раствора железистосинеродистого калия и сравнивают
интенсивность окраски растворов (визуально или в колориметре).
Если интенсивность окраски в обеих пробирках одинакова, счи-
тают пломбу выдержавшей испытание на герметичность.
Пломбирование золотом — один из лучших способов исправ-
ления дефектов и более рентабельный, чем повторный обжиг
аппарата. Получает распространение способ заделки дефектов
танталЪвыми винтами, устанавливаемыми на тефлоновой про-
кладке.
290
Реэмалирование аппаратов. Аппараты с неисправимыми де-
фектами очищают от эмали дробеструйной обработкой. После очи-
стки аппарат вновь подвергают эмалированию.
Перед реэмалированием аппаратов, покрытие которых разру-
шилось во время эксплуатации, их обжигают в печи для удаления
масла, накипи и т. д. Эмаль удаляют дробеструйной обработкой.
Образовавшиеся на поверхности металла раковины заваривают
и шлифуют. Затем аппарат вновь эмалируют обычным способом. -
Сборка и упаковка аппаратов
Для завершения изготовления эмалированной аппаратуры не-
обходимо соединить все ее части, эмалируемые отдельно, и уком-
плектовать аппарат деталями и приспособлениями. При сборке
нужно соблюдать большую осторожность, чтобы не повредить
слой эмали как непосредственным ударом металлическим инстру-
ментом, так и при затяжке крепежа, создав излишние напряжения
в металле аппарата. /
Существует несколько методов соединения частей эмалирован-
ных аппаратов; наиболее распространены болтовое и струбци-
ночное соединения. В качестве уплотнения применяют мягкие
прокладки в виде колец. Материалом для прокладок обычно слу-
жат резина, асбест, паронйт, фторопласт с наполнителем.
Кроме двух основных типов для соединений небольшого диа-
метра (люковые крышки, горловины), применяются крепления
на хомутах с затяжкой одним прижимным болтом в центре крышки
люка.
Для уплотнения смотровых стекол применяют затяжки, на-
кидными гайками, так же как и для присоединения мелких па-
трубков и трубок. После сборки всех соединений на аппараты
устанавливают комплектующие детали (редукторы, краны, кла-
паны и т. п.).
Нельзя приваривать детали электро- или газосваркой к тем
частям поверхности аппарата, которые изнутри покрыты эмалью,
так как это обязательно приводит к повреждению эмали.
После сборки наружную поверхность аппаратов окрашивают
масляной краской или нитрокраской любого цвета, как правило
в один слой, без грунтовки и шпаклевки с целью защиты от кор-
розии на время складирования и транспортировки. На месте мон-
тажа обычно производится обмуровка наружных поверхностей
изолирующим слоем либо окончательная окраска кислотоупор-
ными покрытиями или краской требуемого цвета.
В тех случаях, когда технические условия окраски аппаратов
точно согласованы с заказчиком, окончательную окраску произво-
дят на месте изготовления.
Перед окраской на наружной стенке аппарата к корпусу на-
глухо прикрепляется металлическая пластинка, на которой обозна-
чены наименование завода-изготовителя, заводской номер, тип
19* 291
и емкость аппарата, рабочее давление и год выпуска. Все наруж-
ные металлические неокрашенные детали механизмов аппарата
промазывают тавотом.
Для сохранности при транспортировке все аппараты обычно
упаковывают в деревянные ящики. Мелкие аппараты (емкостью
до 100 л) укладывают непосредственно в ящики, укрепляя рей-
ками для предотвращения сдвигов. Более крупные аппараты уста-
навливают на бревенчатые сани, к которым их привязывают тол-
стой проволокой, и затем по каркасу обшивают досками. Очень
крупные аппараты (емкостью 15 л® и более) непосредственно по
наружной поверхности обшивают досками (вагонкой) два раза.
Отдельные мелкие детали аппаратов укладывают внутрь ящика
в специальные отделения с распорками.
7. ТРУБОПРОВОДЫ ДЛЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ
Эмалирование трубопроводов, предназначенных для транспор-
тировки различных жидкостей и газов иногда на очень дале-
кие расстояния, — относительно новая область применения сили-
катных эмалей. Тем не менее, эмалированные трубопроводы полу-
чили довольно широкое распространение в химической, фарма-
цевтической, пищевой, анилинолакокрасочной, целлюлозно-бу-
мажной, нефте- и газоперерабатывающей, коксохимической, лесо-
химической, энергетической и других отраслях промышленности,
в судостроении, в производстве синтетического каучука [80,
291—297].
Эмалированные трубопроводы особенно ценны для производ-
ства пластмасс, синтетических смол и химических волокон, так
как продукты полимеризации не пристают к эмалированной по-
верхности. Благодаря этому исключается возможность забивания
трубопроводов, что наблюдается, например, в случае применения
трубопроводов из нержавеющей стали. Это же преимущество эма-
лированных трубопроводов имеет важное значение в резиновой
промышленности при транспортировании растворов латекса.
В СССР эмалированные трубы нашли применение также в нефте-
добывающей промышленности и при строительстве магистральных
трубопроводов. Использование эмалированных насосно-компрес-
сорных труб при добыче парафинистой нефти полностью устра-
няет затруднения, связанные с отложением выделяющегося пара-
фина на внутренней поверхности лифтовых трубопроводов.
Особое значение применение эмалированных труб приобретает
в связи с созданием комплексных технологических линий хими-
ческих производств, состоящих из эмалированных аппаратов,
соединение которых трубопроводами, в одинаковый степени устой-
чивыми к воздействию перерабатываемых в этих линиях жидко-
стей и газов, является необходимым условием нормальной работы.
Очень часто эмалированные трубы называют трубами со стек-
лянным покрытием (glass lined pipes) для того, чтобы отличить
292
высококислотоупорное эмалевое или стеклянное покрытие на
поверхности стальных труб от эмалевых покрытий кухонной
посуды и других изделий домашнего обихода.
В настоящее время эмалируют главным образом внутренние
поверхности труб диаметром 20—200 мм и длицой до 6—6,5 м.
Однако в отдельных случаях (для магистральных трубопроводов)
эмалируют трубы и большего диаметра (до 500 мм). Намечается
выпуск в СССР стальных эмалированных труб длиной до 6 м,
имеющих наружный диаметр 40, 45, 56, 75, 90 ПО и 150 мм при
толщине стенки 2,5—4,5 мм. Для эмалирования применяют бес-
шовные холоднокатаные и холоднотянутые стальные трубы, со-
ответствующие требованиям ЧМТУ
3-138—68. Изготовляют также тру-
бы из стали Ст. 10 (ГОСТ 1050—60)
с ограничением содержания углерода
0,07—0,12%. Заготовку для произ-
водства труб поставляют по ЧМТУ
1-286—68.
Внутренние поверхности сварных
труб небольшого диаметра не удается
успешно эмалировать из-за наличия
в них грата—утолщения стенки трубы
в зоне сварного шва. Однако и после
удаления грата эмалирование свар- Рис. 106. Фланцевое соединение
ных труб будет, очевидно, представ- эмалированных труб с привар-
лять серьезную проблему в связи кой фланца к телу трубы:
С ВОЗМОЖНОСТЬЮ насыщения металла /-фланец; 2—прокладка; 3-сталь-
„ ная труба с эмалевым покрытием;
шва И ОКОЛОШОВНОИ ЗОНЫ водородом, 4 - сварной шов
образования пор и т. п.
Для эмалирования труб применяют грунты и эмали, не отли-
чающиеся от используемых в производстве эмалированной хи-
мической аппаратуры (стр. 255).
Изготовление стальных эмалированных труб не решает, од-
нако, задачи сооружения эмалированного трубопровода необ-
ходимой длины и конфигурации. Нужно иметь возможность на-
дежно и прочно соединять трубы между собой и с аппаратами,
а также осуществлять изгибы и разветвления трубопровода, пе-
реходы от одного диаметра труб к другому и т. д.
Из всех видов соединений труб (за исключением сварки, осу-
ществление которой обычными методами невозможно без возник-
новения серьезных дефектов эмалевого покрытия) фланцевые
соединения наиболее надежны. Конструкции фланцевых соеди-
нений разнообразны (рис. 106—108). Фланцевое соединение
должно обеспечивать надежный контакт эмалированной уплот-
няющей поверхности с прокладочным материалом. При этом уси-
лия, необходимые для получения герметичного соединения,
амортизируются прокладочным материалом так, чтобы не было
разрушения эмалевого покрытия уплотняющей поверхности.
293
/
Приварка фланца к телу трубы допустима только до нанесения эма-
левого покрытия. Толщина фланца всегда превышает толщину
трубы, так как в противном случае прочность фланца будет не-
достаточной. Одновременный обжиг эмалевого покрытия на со-
седних участках трубы и фланца, т. е. на металле различной тол-
щины, приводит к неудовлетворительным результатам. Поэтому
такой тип соединения эмалированных труб применим только
в том случае, если обжиг эмалевого покрытия производят методом
индукционного нагрева, а не в печах. При обжиге методом ин-
дукционного нагрева индуктор последовательно перемещают вдоль
Рис. 107. Фланцевое сое-
динение эмалированных
труб с посадкой фланца
на резьбу:
1 — фланец; 2 —прокладка;
3—стальная труба; 4 — эма-
левое покрытие
Рис. 108. Фланцевое соединение
отбортованных эмалированных
труб:
1 — накладной фланец; 2 — разъемный
вкладыш; 3, 4 — прокладки; 5—отбор-
тованная труба с эмалевым покрытием
трубы с фланцами, приваренными к ней до нанесения эмалевого
шликера, или труба с фланцами перемещается относительно ин-
дуктора. В последнем случае, меняя индуктор, можно сначала
эмалировать фланцы, а затем ствол трубы, или наоборот [298].
При посадке на резьбу фланцы и ствол трубы эмалируют раз-
дельно, а затем собирают их. Хотя этот способ соединения труб
наиболее удобен и технологичен, возможность его применения
ограничена недостаточной плотностью резьбового соединения.
Фланцевое соединение разбортованных труб наиболее надежно
для давления до 6 кПсм2 и оправдало себя в эксплуатации. На-
кидной фланец при этом виде соединения надевают на эмалиро-
ванную отбортованную трубу и прижимают к отбортованному
ее концу при помощи разъемного вкладыша. На рис. 109 показано
такое соединение в разобранном виде. Надежность соединения
зависит главным образом от качества эмалевого покрытия на от-
бортованной поверхности и от возможности осуществить плотный
контакт с прокладками, расположенными по обе ее стороны.
294
Для изменения направления трубопровода, разветвления его
и перехода от одного диаметра труб к другому применяют глав-
ным образом чугунные эмалированные фасонные соединительные
части: отводы, тройники, крестовины, переходники. Их отливают
Рис. 109. Фланцевое соединение отбортованных эмалирован-
ных труб в разобранном виде:
1 — накидной фланец; 2 — разборный вкладыш; 3 — резиновая
прокладка; 4~отбортованный конец эмалированной трубы; 5—фла-
нец и вкладыш в сборе, надетые на отбортованный конец эмалиро-
ванной трубы * !
из серого чугуна, а если по условиям эксплуатации (высокое дав-
ление, температура) применение серого чугуна не допускается,
эмалированные фасонные соединительные части изготовляют из
перлитного ковкого чугуна или из стали [294, 295].
Требования к трубам для эмалирования
В отличие от производства других эмалированных изделий
производство эмалированных труб (особенно если их длина до-
стигает 3—6 м) усложняется недоступностью их внутренней по-
верхности для непосредственного визуального контроля и устра-
нения местных дефектов эмалевого покрытия. Вторая особенность
производства эмалированных труб — необходимость создания спе-
циального нестандартного оборудования для подготовки (трав-
ления, промывки, нейтрализации) их внутренней поверхности,
нанесения равномерного слоя эмалевого шликера необходимой
толщины, а также сооружения сушил и печей специальной кон-
струкции.
Трубы значительной длины при охлаждении после обжига
эмалевого покрытия могут самопроизвольно искривляться под
295
.влиянием напряжений, возникающих в металле вследствие про-
дольной и поперечной разнотолщинности стенок. Поэтому, кроме
обычных для эмалирования технологических операций, после
каждого высокотемпературного нагрева труб в процессе эмалиро-
вания необходимо предусматривать их правку во время охлажде-
ния на специальных правильных станках.
Эти особенности производства требуют весьма тщательного
контроля труб, поступающих на эмалирование. На внутренней и
наружной поверхностях труб не допускаются трещины, плены,
раковины, рванины, закаты, глубокие вмятины и следы грубой
зачистки дефектов, обнаруживаемые перископом с четырехкрат-
ным увеличением. Величина зерна феррита в металле не должна
превышать балл 6 по ГОСТу 5639—65, содержание свободного
цементита — балл 3 по ГОСТу 5640—68 (шкала 1). Эти требова-
ния предусмотрены в ЧМТУ 3-138—68. Трубы должны быть
подвергнуты проверке:
1) наружную поверхность каждой трубы необходимо тща-
тельно осмотреть визуально, а внутреннюю — с помощью при-
бора типа РВП;
2) все трубы следует проверить с помощью магнитного, ин-
дукционного или рентгеновского дефектоскопа для выявления
дефектов как наружных (трещины, волосовины, плены и др.),
так и внутренних (пустоты, раковины, внутренние трещины,
шлаковые включения, пузыри и т. п.);
3) микроструктура стали, из которой изготовлены трубы,
должна быть однородной. Одновременное присутствие крупных
и мелких зерен приводит к напряжениям, вызывающим отколы
эмали. Направленную ориентацию зерен, появившуюся после
прокатки или волочения, нужно соответствующей термической
обработкой устранить.
Подготовка поверхности
В практике трубопрокатного производства очистка поверх-
ности труб осуществляется обычными способами термического или
химического обезжиривания и травления. Пакеты труб погружают
на 30—60 мин в стационарные ванны с растворами щелочей или
минеральных кислот, а промывка трубы после обезжиривания и
травления производится сначала в ваннах с горячей водой, а за-
тем струей холодной воды под давлением 10—12 ати, направляе-
мой из брандспойта вдоль внешней и внутренней поверхностей
труб. Полный цикл очистки поверхности труб, необходимый для
подготовки к эмалированию (химическое обезжиривание, про-
мывка, травление, промывка, нейтрализация, сушка) в случае
применения этих методов может быть проведен за 2—2,5 ч,
а при замене химического обезжиривания термическим — за
1,5—2 ч.
Иногда для ускорения процесса химического обезжиривания
и травления пакеты труб в ваннах покачивают или встряхивают
296
с помощью специальных механизмов, при использовании которых
процесс совершается вдвое быстрее, чем в стационарных ваннах.
Для интенсификации обработки внутренней поверхности приме-
няют также продувку через трубы воздуха или пара. Интенсифи-
кация процессов очистки труб может быть достигнута возбужден
нием ультразвуковых колебаний в растворах [117, 299].
На некоторых современных заводах для подготовки поверх-
ности труб перед нанесением защитных покрытий последовательно
проводят химическое обезжиривание в щелочном растворе, про-
мывку в горячей воде, электролитическое обезжиривание в щелоч-
ном растворе, промыку в горячей и холодной воде, травление
в растворе минеральной кислоты, промывку в двух или более ван-
нах с холодной водой. Такое количество последовательно прово-
димых операций свидетельствует о недостаточной их эффектив-
ности.
Наряду с химическими способами очистки поверхности труб,
но в значительно меньших масштабах, применяют механические.
Так, в частности, на некоторых отечественных и зарубежных
заводах для подготовки поверхности труб перед эмалированием
применяют пескоструйную обработку как наружной, так и вну-
тренней их поверхности [300].
В последнее время стремятся заменять песок чугунной или
стальной дробью (стр. 343). Однако применение дроби из чугуна
или высокоуглеродистой (обеспечивающей необходимую твер-
дость частиц) стали приводит к возникновению дефектов эмале-
вого покрытия, связанных с обогащением поверхностного слоя
металла труб углеродом.
При организации поточного производства эмалированных труб
необходимо выбирать такие процессы очистки поверхности, ко-
торые могут гарантировать соответствующую степень подготовки
наружной и внутренней поверхностей труб к эмалированию без
контроля каждой трубы в отдельности. К числу таких процессов
относится обезжиривающий отжиг, широко распространенный
в практике производства стальных эмалированных изделий (по-
суды и др.). За 7—10 мин происходит не только полное удаление
всех жиров, масел и других органических веществ, но и замет-
ное обезуглероживание поверхностного слоя металла. Наиболее
продуктивный способ удаления окалины с внутренней поверх-
ности труб — циркуляционное травление. Подаваемый из ванны
кислотоупорным насосом травильный раствор, содержащий 140—
150 г/л серной кислоты (при 60° С) или 120—130 г/л соляной кис-
лоты (при 20° С), непрерывно в течение 7—10 мин циркулирует
через трубы. При этом окалина с внутренней поверхности труб
удаляется полностью, а после последующей промывки в течение
3—5 мин проточной водой, заполняющей все сечение трубы, уда-
ляется также травильный шлам. Продолжительность пассивиро-
вания поверхности, проводимого также циркуляционным способом,
с последующей сушкой подогретым воздухом, нагнетаемым при
297
помощи вентиляторов внутрь труб, составляет 8—10 мин, а весь
описанный цикл подготовки внутренней поверхности труб длится
40—45 мин.
Дальнейшая интенсификация процессов подготовки поверх-
ности труб к эмалированию может быть достигнута проведением
обезуглероживающего отжига в контролируемой атмосфере
(стр. 206), после которого оказываются излишними все или не-
которые последующие операции подготовки поверхности. В этом
случае станет возможным эмалирование труб, изготовленных
не только из малоуглеродистой, но и из средне- и даже высоко-
углеродистой стали [294, 301]. В настоящее время насрсно-
компрессорные трубы, изготовляемые из стали с содержанием
до 0,5% углерода, эмалируют только легкоплавкими эмалями,
обладающими весьма низкой химической устойчивостью [297,
302].
Соединительные фасонные части, изготовляемые из чугуна,
перед эмалированием также подвергают поверхностному обезугле-
роживанию.
Нанесение шликера и сушка
Эмалирование стальных труб и соединительных частей к ним
осуществляют мокрым (шликерным) способом. Нанесение эма-
левого шликера на наружную поверхность труб не встречает
трудностей и осуществляется как окунанием, так и пульвериза-
цией. Для получения равномерного покрытия желательно во
время нанесения вращать трубу вокруг ее оси.
Трудности возникают при нанесении шликера на внутреннюю
поверхность труб. Наиболее трудно получить слой шликера равно-
мерной толщины по всей длине трубы (3—6 м).
Известны три способа нанесения эмалевого шликера на вну-
треннюю поверхность трубы:
1) заполнение шликером всего внутреннего пространства
трубы, устанавливаемой в вертикальном положении, и последую-
щий его выпуск;
2) распыление шликера на внутреннюю поверхность горизон-
тально расположенной трубы с помощью форсунки или иного
устройства, передвигающегося вдоль оси трубы, или неподвиж-
ного при передвигающейся трубе;
3) облив шликером внутренней поверхности вращающейся
трубы, расположенной под определенным углом к горизонту.
Первый из указанных способов применяется на некоторых
отечественных предприятиях. После подготовки поверхности
трубы, установленные в вертикальном положении, присоеди-
няют верхними концами к трубопроводу, по которому с помощью
насоса подают шликер из бака, находящегося внизу. Нижние
концы труб патрубками, снабженными вентилями, присоединяют
к баку. При закрытых вентилях заполняют шликером все вну-
298
треннее пространство труб, после чего дальнейшее нагнетание
шликера прекращают и, открыв вентили, выпускают шликер из
труб в тот же бак. Стекание шликера происходит исключительно
под действием силы тяжести. Для получения равномерного по-
крытия необходимо соблюдать строго определенную скорость
слива шликера из трубы. Рекомендуется для труб относительно
малого диаметра (до 100—120 мм) скорость слива 4—5 м/мин
[302].
Нанесение шликера с помощью пневматической распиливаю-
щей турбинки осуществляют на станках-автоматах [801. Турбинка,
насаженная на шток, соединена с бачком, в котором находится
эмалевый шликер. Труба, закрепленная на тележке, «наезжает»
на шток с турбинкой, которые строго центрированы по оси трубы
и поэтому свободно входят в ее внутреннюю полость. При обрат-
ном ходе тележки турбинка под действием сжатого воздуха по-
дает эмалевый шликер, распыленный до туманообразного состоя-
ния, во вращающуюся трубу, где он равномерным слоем покры-
вает всю внутреннюю поверхность. Меняя скорость движения
тележки, можно получать различную толщину слоя эмалевого
шликера. На наружную поверхность трубы и на торцовую по-
верхность приваренных к ней фланцев эмалевый шликер наносят
обычным пульверизатором. При этом труба, закрепленная на
тележке, вращаясь с постоянной скоростью, движется вдоль
оси и проходит мимо сопла пульверизатора, через которое по-
дается шликер.
Существенный недостаток этого метода — трудность его осу-
ществления в условиях поточного производства. Каждую отдель-
ную трубу нужно установить на станок-автомат в точно фиксиро-
ванном положении по отношению к распыляющему устройству
и штоку. При значительной длине трубы (6 м) и штока это в ус-
ловиях массового производства затруднительно.
Наиболее применимым оказался метод облива шликером вну-
тренней поверхности вращающейся трубы, расположенной под
определенным углом к горизонту. Этот способ применяют как
в СССР, так и за рубежом [80, 294, 295, 303, 304]. Партию труб
укладывают на вращающиеся валки кассеты, снабженной устрой-
ством для изменения угла ее наклона к горизонту. Кассету с тру-
бами устанавливают под углом 10—15°, приводят трубы во вра-
щение со скоростью 10—15 об/мин. После этого во внутренние
полости труб вливают шликер из бачка, установленного на подъем-
ной площадке. Затем подачу шликера прекращают. Для равно-
мерного распределения по внутренней поверхности труб и «схва-
тывания» шликера наклон кассеты увеличивают до 20—30°,
а скорость вращения труб уменьшают до 2—3 об/мин. Вытекаю-
щие из труб излишки шликера поступают в сборный бачок и
перекачиваются в бачок, находящийся на площадке.
В производственных условиях для каждой эмали должна
быть установлена определенная программа изменения скорости
299
вращения труб и угла наклона к горизонту, выполняемая с по-
мощью системы автоматического регулирования.
Сушка эмалевого шликера, нанесенного на поверхность труб,
в принципе не отличается от аналогичной операции, проводимой
при эмалировании других стальных изделий. Серьезным осложне-
нием является необходимость непрерывного и полного удаления
выделяющихся паров воды из внутренней полости трубы. Находя-
щийся в ней воздух очень быстро насыщается, и незначительное
понижение температуры на отдельных участках трубы создает
условия для конденсации паров воды и смывания нанесенного на
эти участки эмалевого шликера. Для устранения этого явления
следует непрерывно подавать в трубу сухой воздух со скоростью,
обеспечивающей достаточно быстрое удаление паров (~4—5 м/сек),
осуществляя подвод тепла к внешней поверхности трубы. Необ-
ходимо тщательно производить очистку поступающего в трубы
воздуха от следов масел, пыли и влаги, попадание которых на
поверхность нанесенного слоя шликера может существенно ухуд-
шить качество эмалевого покрытия. Необходимо, кроме того,
поддерживать достаточно высокую (160—200° С) и одинаковую
температуру по всей длине трубы.
Обжиг покрытия. Правка труб
Обжиг эмалевого покрытия, нанесенного в виде шликера на
поверхность стальных труб, можно осуществлять различными
способами: в печах с различными видами нагрева — индукцион-
ным, газопламенным и др. Однако независимо от способа нагрева
необходимо во время обжига поддерживать равномерную тем-
пературу по длине труб. Неравномерный нагрев труб приводит
к появлению дефектов покрытия и усиливает искривление труб
вследствие неравномерных напряжений, возникающих в эмали
и в металле. Искривление труб возможно и при равномерном на-
греве тем в большей степени, чем длиннее трубы.
Печи для обжига эмалевого покрытия на трубах различаются
по способу нагрева (электрические, газовые, мазутные и т. д.),
по организации процесса обжига (периодические — камерные,
непрерывные — конвейерные), по способу посадки труб (верти-
кальные, горизонтальные) и по конструкции. Обжиг эмалевого
покрытия на трубах предпочтительнее вести в электрических пе-
чах конвейерного типа, хотя при небольшом масштабе производ-
ства камерные печи периодического действия оказываются более
экономичными. Для труб с внутренней поверхностью, покрытой
эмалью-, успешно могут быть применены печи горизонтального
типа с боковой загрузкой и выгрузкой, снабженные подовым
транспортером с пазами для отбортованной части труб. При по-
мощи транспортера трубы проходят через печь и выкатываются
на валковую охладительно-правильную машину. Здесь они должны
остывать до 150—200° С, непрерывно вращаясь с регулируемой
300
скоростью (60—250 об!мин), чтобы предупредить самопроизволь-
ное искривление и устранить искривления, появившиеся ранее.
Описанный способ обжига и правки неприменим для труб
с эмалевым покрытием наружной поверхности, так как при со-
прикосновении с печным транспортером или валками охладительно-
правильной машины сплошность расплавленного эмалевого по-
крытия грубо нарушается. Эмалевое покрытие на наружной по-
верхности труб необходимо обжигать в печах вертикального типа
со сводчатым конвейером, к которому подвешивают трубы за
один из отбортованных концов. При этом следует принимать меры
для предупреждения самопроизвольного искривления труб в про-
цессе обжига и охлаждения, учитывая, что эмалевое покрытие
эластично только при температуре свыше 600° С.
В СССР разработан новый способ сушки шликера и обжига
эмалевого покрытия на трубах в электромагнитном поле токов
повышенной частоты [80, 298, 305].
Процесс эмалирования сводится к продвижению трубы через
кольцевой индуктор (или кольцевого индуктора вдоль неподвиж-
ной трубы)..По индуктору проходит ток повышенной частоты.
В поверхностном слое металла трубы возникают индукцион-
ные электрические токи, которые в течение нескольких секунд
нагревают его до нужной температуры. Металл прогревается лишь
на небольшую глубину. Чем выше частота тока в индукторе,
тем меньше глубина, на которую прогревается металл. Чтобы
прогреть слой металла до температуры оплавления эмали на глу-
бину до 1 мм, необходимо применять ток частотой 250 кгц, а для
сквозного прогрева трубы — от 2,5 до 8,0 кгц. При эмалировании
труб диаметром 50—150 мм потребляется мощность 30—60 кет.
Сушка шликера заканчивается после двукратного продвижения
трубы через индуктор со скоростью 1,5—2 м!мин при температуре
60—80° С. Длительность обжига покрытия регулируют скоростью
движения трубы через индуктор.
Конструкции индукторов разнообразны. При помощи специаль-
ных петлевых индукторов обжигают эмаль на фасонных трубах.
Например, для эмалирования тройников одновременно изнутри
и снаружи используют разъемный петлевой индуктор, с помощью
которого ведут сквозной прогрев тройника.
При эмалировании методом индукционного нагрева проис-
ходит нагревание эмали от металла. Важно поэтому применять
грунт с возможно более широким интервалом обжига, так как
грунт начинает разогреваться до оплавления покровной эмали.
В случае недостаточно высокой вязкости грунта можно проплав-
лять его через слой покровной эмали. Коэффициенты расшире-
ния стали и эмали не должны различаться более чем на 10%.
Обжиг труб в электромагнитном поле на станках-автоматах
имеет ряд преимуществ перед обжигом в печах. Процесс нагрева
можно регулировать, изменяя скорость движения индуктора и
мощность тока. Исключается влияние атмосферы печи на качество
301
эмалевого покрытия. Эмалируемые изделия в процессе'обжига
не деформируются. К. п. д. индукционных установок в 8—9 раз
больше к. п. д. печей. Исключается расход тепла на предвари-
тельное разогревание печи, а также на нагревание подставок и
прочего обжигового инструмента. Значительно сокращается чис-
ленность персонала и облегчаются условия труда. По расчетным
данным [298 ], для обжига трубы диаметром 57 мм, длиной 2000 мм
при мощности 100 кет требуется 3,3 мин, а при диаметре трубы
159 мм и длине 5000 мм в тех же условиях — 25,5 мин.
Однако сплошность, термостойкость и химическая устойчи-
вость эмалевых покрытий на трубах, обоженных индукционным
способом, ниже, чем покрытий, обоженных в печах [80, 306, 307].
Требование высокой кислотоустойчивое™, предъявляемое
к эмалевому покрытию на поверхности труб, приводит к необходи-
мости наносить несколько слоев (обычно 2—3) покровной кислото-
упорной эмали. Поэтому операции нанесения эмалевого шликера,
его сушки и обжига покрытия повторяют несколько раз.
Контроль качества покрытия производится теми же методами,
что и для химической аппаратуры.
Для- комплектации химической эмалированной аппаратуры
часто необходимы трубы с двусторонним эмалевым покрытием
(трубы передавливания). Однако двустороннее эмалирование угле-
родистой стали связано с возможностью возникновения дефекта
эмалевого покрытия («рыбьей чешуи»). Поэтому для двустороннего
эмалирования применяют трубы из стали Х18Н10Т или из мало-
углеродистой стали, легированной титаном (О8Т). При поставке
труб из стали -08Т руководствуются изменением № 1 к ЧМТУ
3-138—68. Технология двустороннего эмалирования труб, раз-
работанная в НИИэмальхиммаше, включает в себя обезжириваю-
щий отжиг при 840—880° С, дробеструйную очистку обеих по-
верхностей, нанесение шликера на внутреннюю поверхность вра-
щающихся труб при переменном угле наклона их к горизонту,
нанесение шликера на наружную поверхность методом пульвери-
зации, сушку, обжиг эмалевого покрытия в щелевой печи при вер-
тикальном положении подвешенных к конвейеру труб, охлажде-
ние в камере до 50—60° С. Этот цикл повторяется в зависимости
от количества слоев эмали, наносимых на трубы.
В последнее время разработан ряд способов создания на вну-
тренней поверхности труб покрытий и футеровок из стекла [80,
293, 295, 300, 308 и др.], однако преимущества этих покрытий
по сравнению с покрытиями из кислотоупорных эмалей еще не-
достаточно выяснены.
8. ЖАРОСТОЙКИЕ ПОКРЫТИЯ
Под термином «жаростойкие» следует понимать покрытия,
предназначенные для длительной службы при температурах, пре-
вышающих 500° С, т. е. в области, где обычные эмалевые, лако-
красочные, гальванические покрытия становятся непригодными.
302
Применяемые стали, а также специальные сплавы, тугоплав-
кие металлы, керметы и другие конструкционные материалы не’
всегда удовлетворяют требованиям в отношении их жаростойкости,
но во многих случаях их качество может быть резко повышено
наложением поверхностных защитных покрытий.
Требования, предъявляемые к защитным покрытиям, непре-
рывно возрастают, что обусловлено быстром развитием химиче-
ской и химико-металлургической промышленности, общей и
атомной теплоэнергетики, газомототурбостроения, авиационной
промышленности, радиоэлектроники, электротехники, ракетной
техники и др.
Помимо основного назначения (защиты материалов от высоко-
температурного разрушения вследствие коррозии, эрозии и пе-
регрева и электроизоляции материалов), жаростойкие и тепло-
стойкие покрытия могут придавать поверхностям деталей неко-
торые специфические оптические, диэлектрические и иные свой-
ства (заданные коэффициенты излучения, высокую радиационную
устойчивость, радиопрозрачность, высокую эмиссию электронов,
низкий коэффициент трения, низкий коэффициент поглощения
тепловых нейтронов, гидрофобность и др.).
Требования к защитным покрытиям могут быть самыми разно-
образными. Вместе с тем, выбор защитного покрытия должен про-
изводиться в зависимости от характера агрессивной среды и при-
роды покрываемого материала. Нередко практические задачи
удается удовлетворительно решить только комбинированием
двух-трех типов покрытий, наносимых разными способами. Од-
нако все жаростойкие покрытия наряду с различиями должны
обладать и общими качествами: устойчивостью к высоким тем-
пературам, к резким температурным перепадам и к механическим
ударам.
Термин жаростойкие покрытия включает комплекс общих
требований.
Чтобы обеспечить устойчивость к высоким температурам, не-
достаточно одной огнеупорности материала покрытия. Необхо-
димы еще следующие условия:
1) покрытие не должно реагировать с основой (с подложкой)
и окружающей средой в такой степени, при которой наступает
его быстрое разрушение;
2) при длительном воздействии высоких температур сформи-
ровавшееся покрытие не должно отслаиваться от основы.
Требования к защитным покрытиям по термостойкости, т. е.
способности сопротивляться резким теплосменам, большей частью
весьма жестки. Бытовые эмали, например, считаются выдержав-
шими испытания, если они не откалываются от изделия при одно-
кратном перепаде температуры от 232 (температура плавления
олова) до 20° С. От жаростойких покрытий нередко требуется,
чтобы они выдерживали несколько сотен резких теплосмен в ин-
тервале 800—20° С и более.
303
Что касается адгезионных свойств жаростойких покрытий,
то они должны сохраняться без заметного ослабления в течение
всего заданного срока эксплуатации греющихся .узлов. Лишь
в случае применения вязких стеклопокрытий в качестве смазок
требования к адгезии становятся обратными. Назначение покрытий
при этом сводится к защите металлов от окисления при горячей
механической обработке (штамповке, прокатке, вытяжке, . прес-
совании, выдавливании, ковке и т. п.). Такие покрытия должны
легко осыпаться с поверхности заготовок после их охлаждения.
Некоторые сведения по физико-химии процессов, протекаю-
щих при образовании жаростойких покрытий из расплавленного
состояния, приводятся в монографии [309].
Способы нанесения покрытий
Способы формирования жаростойких покрытий делятся на
две категории:
1) диффузионное насыщение поверхности одним, двумя или
несколькими жаростойкими металлами либо последовательное
насыщение металлами и неметаллами;
2) наложение на поверхность защитных веществ, если не-
обходимо, в виде нескольких тонких слоев разной природы.
В первом случае компоненты покрытия внедряются в материал
подложки, во втором — наслаиваются на него.
Диффузионные покрытия образуются лишь при длительном
контакте способных к диффузии веществ с нагретой поверхностью.
Гораздо шире возможности для синтеза наслоенных покрытий.
Жаростойкие покрытия могут быть получены из различных
агрегатных и физических состояний веществ:
1) из парогазовых фаз (методы диффузионного насыщения,
конденсации паров и осаждения из сложных парогазовых смесей);
2) из расплавленного состояния (методы эмалирования, газо-
пламенного, плазменного и детонационного напыления, электро-
дуговой, плазменной и электроннолучевой наплавки, горячего
погружения в металлические и солевые расплавы; наложение
размягченного стекла);
3) из жидких растворов (химическое и электрохимическое
осаждение жаростойких металлов и сплавов, химическое осаж-
дение гидроокисей, химическое и электрохимическое оксидиро-
вание поверхности, отложение пленкообразующих соединений);
4) из твердых фаз (вжигание, вдавливание, плакирование);
5) из пластичных цементно-керамических масс (припекание
и холодное отверждение обмазок);
6) из полиорганосилоксановых суспензий (методы лакокра-
сочной технологии).
Сведения о методах нанесения и видах жаростойких покры-
тий имеются в литературе [310—3141. Ниже описываются только
покрытия, наносимые методом эмалирования.
304
Нанесение жаростойких покрытий методом эмалирования
производится в основном так же, как и обычных эмалей, и лишь
температура обжига изделий должна быть более высокой. Если
бытовые эмали обжигаются (оплавляются) на сталях при темпе-
ратуре 850—950° С, то для обжига жаростойких покрытий тре-
буется температура до 1000—1250° С. Обжиг может осуществля-
ться как при нагревании всего изделия (печной и электрический
контактный методы), так и при локальном нагревании в индук-
ционном электромагнитном поле.
Повышение температуры обжига ведет к некоторым осложне-
ниям. Для предупреждения чрезмерного окисления стали во
время обжига прибегают к операции отложения никелевого
осадка на поверхности стали перед эмалированием по извест-
ным технологическим схемам, или создают в печи менее окис-
лительную и нейтральную атмосферу, или вместо низкоуглеро-
дистых сталей применяют легированные, слабо окисляющиеся
стали.
Высокие температуры обжига часто неприемлемы по разным
причинам. Например, сложные детали могут сильно коробиться
и терять свою форму, что является наиболее серьезным недостат-
ком метода эмалирования. Поэтому обжиг жаростойких покрытий
предпочтительно вести кратковременно в условиях локального
нагревания изделий, в частности в индукционном поле высокой
частоты, когда металл прогревается только с поверхности на не-
большую глубину.
Несмотря на известные недостатки, технология эмалирования
обеспечивает высокую производительность труда, прочное сцеп-
ление с материалами подложки и беспористость покрытий.
Состав и свойства покрытий, наносимых
методами эмалирования
По составу такие покрытия можно разделить на три основных
вида: оксидные (стеклоэмалевые и ситалловые), металлокерами-
ческие (металло- и керамоподобные) и покрытия смешанного типа.
Покрытия чисто керамические здесь не рассматриваются, так как
они относятся к типу обмазок или шликерных конденсатов, ко-
торые при обжиге или эксплуатации не доводятся до плавления.
Оксидные покрытия. Действие чистых окислов на железо
весьма различно. Окислы SiO3, TiO2, А12О3, В2О3, NiO, ZnO,
CuO, нанесенные на поверхность в виде суспензий, замедляют
процесс окисления железа в воздухе при температурах 800—
1100° С. Окислы Na2O, PbO, MgO, СаО, ВаО в свободном состоя-
нии, наоборот, ускоряют газовую коррозию. Будучи связанными
с SiO2, они теряют агрессивные свойства и применяются как ком-
поненты жаростойких покрытий.
Стекловидные эмали. Все жаростойкие эмали должны
иметь высокую температуру размягчения, так как покрытия,
размягчающиеся при эксплуатации, не отвечают требованиям
20 В. В. Варгин 305
жаростойкости. Однако использование тугоплавких фритт техни-
чески трудно. Более эффективно применение сравнительно легко-
плавких фритт, к которым добавляются при помоле огнеупорные
компоненты. В качестве огнеупорных добавок используются
окислы SiO2, ZrO2, TiO2, SnO2, CeO2, A12O3, Сг2О3 и др. или мине-
ралы — циркон, диаспор, муллит, хромовая руда и др.
Составы наиболее известных или недавно предложенных жаро-
стойких эмалей приведены в табл. 36.
Свойства эмалевых покрытий определяются прежде всего со-
ставом фритты. Все фритты делятся по составу на щелочные и
бесщелочные, а по температуре начала размягчения — на туго-
плавкие и легкоплавкие. На основе одной легкоплавкой фритты
может быть создано несколько марок сравнительно жаростойких
и химически стойких эмалей, для чего достаточно применять
различные мельничные добавки. Например, при добавлении
к фритте 7 до 20—30% SiO2 получается эмаль весьма высокой
кислотостойкости; то же количество ZrO2 обеспечивает высокую
щелочестойкость, а добавка 10% А12О3 придает эмали устойчи-
вость в расплавленном цинке [315]. Окись алюминия способна
придавать эмалям устойчивость и в других расплавах металлов
(Mg, Al, Na, К и др.).
Повышению жаростойкости эмали способствует введение в со-
став фритты одновременно двух и трех щелочных окислов. По
данным [316], двухщелочное покрытие 64 в несколько раз лучше
защищает сталь 08кп от окисления при 900° С, чем однощелоч-
ное при том же содержании щелочи (8 вес. %). Подобное явление
наблюдается и в случае совместного введения различных окислов
двухвалентных элементов (например, ВаО + ZnO).
Эмали А-34; 7; 10; 2; 64 предназначены для эмалирования не-
легированных сталей и наносятся непосредственно на металл
или (например, эмаль 64) на грунтовый подслой.
Эмали А-418, ЭВ-55, 108, ЭВ-300, 165, БП, 16 наносятся на
легированные хромоникелевые стали, а также на сплав инконель.
Они не содержат сцепляющих агентов СоО и NiO.
Шликеры жаростойких эмалей измельчаются до высокой сте-
пени дисперсности. Остаток их на сите 6400 отв!см2 должен быть
не более 1% от веса фритты; остаток эмали А-418 не должен пре-
вышать 0,4 г на 50 г шликера. Шликер ЭВ-55 процеживается че-
рез сито 10 000 отв!см2. Менее тонко измельчается эмаль 2: оста-
ток 16—18% на сите 6400 отв!см2.
Сплав инконель, покрытый эмалью А-418, сохраняет свои свой-
ства после 500 ч работы при температуре 900° С. Интенсивность
коррозии Ст. 3, защищенной эмалью 2, при температуре 870° С
в воздухе составляет 0,5 мг!см2-ч, в то время как коррозия неза-
щищенной стали в тех же условиях равна 19 мг+см2-ч.
Покрытие 108 рекомендовано для хромоникелевых деталей
ядерных реакторов [175]. Оно отличается низким коэффициентом
поглощения тепловых нейтронов «З барн).
306
8
«
Составы жаростойких эмалей
Таблица 36
Наименование А-32 О еч А-418 ЭВ-55 ЭВ-300 оо о ю о с й
Вес. %
SiO2 74,5 58,0 59,5 63,3 44,0 41,85 37,5 43,0 29,0 37,0 40,3 30,0
ТЮ2 3,8. — 1,4 4,3 4,9 — — — — — — 15,0
ZrO2 — — 2,1 — — — 2,5 — — — — —
СеО2 — 5,0
В2О3 — 11,0 3,5 1,7. 4,8 — 6,5 — 5,0 — — 17,0
А120з 2,5 10,0 3,5 2,8 — — 1,0 — 1,5 — — —
Сг2О3 — — — 0,4 — — — — 21,0 — 9,0 —
ВеО — — — — — — — 2,5 — 3,1 — —
Компонент MgO — 2,3 —
фритты СаО — — 10,0 4,8 — — 3,5 4,0 2,5 4,15 3,7 4,0
SrO — — — — — — — — — — — 20,0
ВаО — 3,5 — — 28,5 11,55 44,0 42,5 33,0 47,25 40,0 —
ZnO — — — — 9,8 5,25 5,0 5,0 4,0 5,0 4,7 5,0
РЬО — — — — — 33,40 — — — — — —
МпО — — — — — — — — 1,5 — — —
СоО 0,5 1,0 0,5 0,3 — — — — 1,5 — — —
NiO — 0,5 — 0,1 — — — — — — — —
Li2O 4,65 — 4,0 — — — — — — — — —
Продолжение табл, 36
Наименование А-32 О 3 сО со ЭВ-55 ЭВ-300 СО О Ю СО С LQ
Na2O 5,25 16,0 16,0 16,1 4,0 — — — — — —
К2О 4,8 — — 4,2 4,0 8,25 — — — — — —
Компонент Р2О5 — — — — — — — — — 3,5
Фритты V2O5 — — — — — — — — — — — 4,0
МоО3 — — — — — — — 3,0 1,о — — —
CaF2 — — — 2,0 — — — — — — — —
( Вес. ч.
Фритта 100 100 100 100 100 100 70 70 100 97,5 100 100
А12Оз — — 10 20 — — — — — — —
Сг2О3 — 20 — — — 10 30 30 — 15 — —
V ТЮ2 Компонент __ — — — — — — — — — 20
шликера СеО2 — —: — — — — — — —. 37,5 — —
Хромит — — — 30 — — — — — — — —
Глина 4 5 5 5 5 5 5 5 5 7,5 5 7
Вода 4( 3—50% сверх обще гс веса гухой с меси
Стеклоэмалевые покрытия недостаточно устойчивы против
тепловых и механических ударов. Обладая сравнительно неболь-
шим по сравнению со сталью к. т. р. (около 90-Ю-7 град~1),
малой теплопроводностью и большой хрупкостью, они склонны
откалываться от поверхности изделий во время эксплуатации,
в особенности в местах с малым радиусом закруглений.
Покрытия прежде всего дожны защищать металл от окисления
с поверхности. При окислении стальные детали прибывают в весе,
так как продукты окисления (окислы железа) нелетучи. Процесс
окисления развивается с той или иной скоростью вглубь деталей,
и они разрушаются. Однако потеря прочности происходит глав-
ным образом не под влиянием поверхностной коррозии, а под дей-
ствием межкристаллитной коррозии, которая приводит к появ-
лению трещин в толще металла, в основном между кристаллитами.
Коррозионное растрескивание особенно интенсивно развивается
в деталях, находящихся под действием напряжений, так как кор-
розия напряженного металла протекает значительно быстрее,
чем при отсутствии нагрузки. Под действием растягивающих
напряжений возможно также появление пустот между кристалли-
тами.
Жаростойкие эмалевые покрытия способны защищать металл
как от поверхностной, так и от глубинной межкристаллитной
коррозии. Они препятствуеют также образованию межкристал-
литных пустот (рис. ПО) и уменьшают ползучесть металла. По
экспериментальным данным [317], эмалевые покрытия могут
уменьшать ползучесть (скорость пластической деформации под
непрерывной нагрузкой) на 50% (рис. 111).
Коррозионному растрескиванию и ползучести подвержены
разные металлы и сплавы. Поэтому детали, изготовленные из
окалиностойких легированных сталей, работающие под нагрузкой,
также нередко требуют защиты специальными покрытиями. За-
щитное действие последних в этом случае оценивается по изме-
нению прочности металла во времени в условиях постоянной
нагрузки.
В последние годы быстро расширяется применение титана в раз-
личных областях техники. Некоторые из сплавов титана (АТ-3,
АТ-4, АТ-6, Т5-Т) относятся к числу коррозионностойких мате-
риалов. Однако титан нестоек в горячих кислотах и щелочах,
интенсивно окисляется и взаимодействует с азотом при- нагрева-
нии в воздухе. Поэтому ведутся поиски средств защиты титана.
В частности, эффективным способом защиты титана является эма-
лирование.
Благодаря более низкому, чем у сталей, коэффициенту рас-
ширения (—90-10.-7) можно наносить на титан без риска появле-
ния чрезмерных напряжений высококремнеземистые малощелоч-
ные эмали, а также эмали, обогащенные другими химически устой-
чивыми окислами (А12О3, Сг2О3, ZrO2, TiO2, СеО2 и др.) Высокое
сродство титана к кислороду обеспечивает отличную адгезию
309
Рис. НО. Микрострук-
тура продольных сече-
ний образцов нихрома
Х20Н80 после вы-
держки в течение 100 ч
при температуре
1080°С и нагрузке
0,425 кПмм2:
Л —непокрытый образец;
Б —образец, защищен-
ный эмалью № 143. Состав
эмали:фритта ЮЗ—67,5%;
СеО2—32,5%; глина—5%
Рис. 111. Кривые ползучести образ-,
цов нихрома Х20Н80 под нагрузкой
0,85 кГ/мм2:
1 — непокрытый образец, температура
1080° С; 2 — защищенный образец, темпе-
ратура 1080° С; 3 — непокрытый образец,
температура 980° С; 4—защищенный обра-
зец, температура 980° С. Эмаль № 143
310
эмалей, которые наносятся без грунта и не требуют специальных
активаторов сцепления (CoO,NiO и др.). Хорошая прочность сцепле-
ния сохраняется даже при толщине эмалевого покрытия свыше 1 мм.
Эмали для титана характеризуются отличной химической устой-
чивостью при повышенных и высоких температурах в различных
агрессивных средах — газовых, жидких, расплавленных. Это
обусловлено большим суммарным содержанием в них устойчивых
окислов при низкой концентрации щелочей. Составы трех фритт
для титана приводятся в табл. 37. При помоле к фриттам добав-
ляются бентонит (2%) и окислы SiO2, ZrO2, А12О3, Сг2О3,
ZrSiO4 (в сумме до 40%). Однако температура обжига покрытий
достигает 1150° С. Чтобы предупредить разупрочнение титана,
может оказаться необходимым пользовататься индукционным (ско-
ростным) методом нагрева поверхности или методами напыления.
Таблица 37
Составы жаростойких фритт для титана [318] в вес. %
№ фритты О О н О N О и А12Оз б о СаО О О <я Z О Й CaFj
31 70 5 12 — 3 — 3 2 3 2 —
.19 65 5 5 3 5 1 5 — 9 — 2
24 70 5 10 — 4 — 4 2 5 — —
Несмотря на высокую жаростойкость, температура возможной
длительной (более 100 ч) эксплуатации эмалей для титана не пре-
вышает 850° С. При более высокой температуре наблюдается
постепенное снижение прочности сцепления и отслаивание по-
крытия.
Стеклокристаллические (ситалловые) эмали (стр. 263). Как
известно, они имеют по сравнению с обычными эмалями более вы-
сокую температуру размягчения при умеренных температурах
обжига. Гораздо выше их устойчивость к резким перепадам тем-
пературы. Использование стеклокристаллических эмалей в ка-
честве жаростойких покрытий представляется особенно перспек-
тивным.
Керметные покрытия. Эти покрытия приближаются по своим
свойствам к металлическим или к керамическим (оксидным).
Соответственно среди них различают металло- и керамоподобные
покрытия.
Металлоподобными называются покрытия, состоящие из ме-
таллов и их силицидов, боридов, карбидов. Опыт показывает, что
методами шликерной технологии с обжигом могут быть нанесены
разнообразные по составу металлоподобные покрытия. Однако
311
образование таких покрытий в производственных масштабах
практически возможно лишь при соблюдении определенного ком-
плекса технологических и физико-химических условий.
Состав покрытия должен быть подобран так, чтобы температур-
ный интервал плавления смеси компонентов (разность между тем-
пературами, отвечающими концу и началу плавления) был до-
статочно широким, до 100° С и более. Образование покрытия на
сталях происходит при температурах, по крайней мере, на 20—30°
выше температуры начала появления жидкой фазы.
Обжиг покрытий должен производиться при температурах, не
приводящих к полному плавлению смеси. Это требование обуслов-
лено низкой вязкостью металлических и металлоподобных распла-
вов. Остаточные твердые частицы необходимы для того, чтобы пре-
дотвратить стекание слоя покрытия с поверхности изделий во
время обжига. Температурный интервал обжига покрытия тем
шире, чем больше интервал плавления исходной смеси компо-
нентов.
Для получения многослойных утолщенных покрытий необ-
ходимо, чтобы температура обжига каждого последующего слоя
была несколько ниже температуры обжига предыдущего.
На процесс образования покрытий большое влияние оказывает
газовая среда. Чтобы исключить возможность окисления компо-
нентов, обжиг осуществляется в инертной или в восстановительной
атмосфере, либо в вакууме. В отдельных случаях окисление частиц
удается предотвратить введением в исходную порошковую смесь
специальных добавок или другими методами, и тогда обжиг воз-
можен в воздухе.
Особенное значение в составе металлоподобных покрытий при-
дается бору. Он способен легко восстанавливать окисные пленки,
которыми покрыты частицы исходных порошков, и тем самым об-
легчает химическое взаимодействие частиц при обжиге, снижает
температуру появления жидкой фазы, а следовательно, и темпера-
туру обжига покрытий. Поэтому бор обычно является обязатель-
ным компонентом металлоподобных покрытий, наносимых мето-
дом эмалирования.
Широко распространены покрытия типа «колмоной», которые
наносят из литых сплавов методами плазменной и газопламенной
технологии, часто с последующим оплавлением. Покрытия имеют
следующий состав (в вес. %): основа — Ni, 10—17 Сг, 2—5 Fe,
2—5 Si, 2—5 В, 0,3—1,0 С. В работе [319] было впервые показано,
что покрытия такого состава можно получить методами эмалиро-
вания, причем компоненты берутся в виде технических порошков
исходных элементов.
Главная основа металлоподобных покрытий для сталей — си-
стема Ni—Сг—Si—В. Сравнительно низкую температуру начала
появления жидкой фазы (980—1060° С) имеют составы, лежащие
в следующих пределах (в вес. %): 60—85 Ni, 15—30 Сг, 5—10 Si,
3—5 В.
312
Подробно изучены свойства покрытия следующего' состава
(в вес. %): 70 Ni, 20 Сг, 5 Si, 5 В, которому присвоена марка 1М.
Шликер составляется из смеси порошков никеля, хрома, кремния и
бора в сумме 100 вес. ч., бентонита 2 вес ч. и воды 40—50 вес ч.
В случае длительного хранения шликера целесообразно вместо
воды пользоваться спиртоводным раствором 1:1. После полома
в шаровой керамической мельнице шликер процеживают через
сито 0075. Объемный вес шликера в пределах 2,7—3,1. Обжиг
производится в аргоне или в вакууме (10-2 мм рт. ст.) при тем-
пературе 1000—1100° С печным или индукционным способами.
Рис. 112. Кривые нагревания и охлаждения механи-
ческой порошковой смеси Сг—Ni—Si—В
Покрытие наносится и обжигается последовательно два—три раза;
толщина каждого слоя не должна превышать 0,15 мм. После об-
жига покрытие должно быть сплошным и беспористым с серым
металлическим блеском. Средний к. т. р.- покрытия: «20-800° с =
= 133-10-7 град-1.
В процессе нагревания в механических смесях Ni—Сг—Si—В
в области температур 700—980° С происходят интенсивные хими-
ческие реакции, сопровождающиеся большим выделением тепла.
Плавление продуктов реакций происходит в интервале980—1100° С
(рис. 112). В смесях, нагретых до 1000° С со скоростью 20 град!мин,
рентгенофазовым и металлографическим анализом обнаружены
соединения Ni3B, CrB, Ni3Si, эвтектики, а также твердый раствор
на основе никеля. Взаимодействие покрытия с материалом под-
ложки (с железом) практически обнаруживается начиная с тем-
пературы 1060° С при времени контакта 2 мин, тогда как при 1000°С
диффузия железа в покрытие заметно не выявляется даже за время
контакта 30 мин. К наиболее подвижным компонентам покрытия
относится бор (рис. 113).
Покрытие 1М имеет высокую жаростойкость. После нагрева-
ния в воздухе Ст.З, защищенной покрытием, средний привес при
температуре 900° С составил всего лишь 0,043 мг!см2-ч, что в 200
раз меньше привеса незащищенной стали. Наряду с жаростой-
костью покрытие оказывает высокое сопротивление механическим
313
и тепловым ударам, а по износостойкости превосходит стеллит.
Оно не разрушается при работе удара до 1 кГ-м и при воздей-
ствии до 40 резких теплосмен (20 у-»900° С).
Сравнительные стендовые испытания покрытия 1М и стел-
лита ВЗК на парах трения показали, что при удельной нагрузке
25 кГ/см2, и температуре 100° С линейный износ стеллита в 3,5
раза превышает износ покрытия 1М, при нагрузке 50 кПсм2 —
в 6,5 раза, а при нагрузке 75 кПсм2 — в 8 раз. Покрытие стойко
к задиранию в узлах сухого трения при нагрузках до 100 кПсм2
Рис. 113. Микроструктура покрытия 1М на
стали Х18Н9Т (X 150):
1 — покрытие; 2 — граничный слой покрытия, обога-
щенный никелем; 3 — диффузионный (борированный)
переходный слой в_сталн; 4 — сталь
Таблица 38 -
Влияние покрытия 1М
на длительную прочность
сталей
Марка стали Температура в °C Нагрузка в кГ/мм* Время ис- пытаний ДО разруше- ния образца в ч
без по- | крЫтия I с покры- тием
ЭИ-415Л 600 24 20 23 58 61 728
30 .2 58
ЭИ-572 650 28 76 382
25 200 4080
и температуре 300° С; вместе с тем, оно допускает различные виды
механической обработки — сверление, резание, шлифование, по-
лирование.
Удивителен эффект, оказываемый покрытием на длительную
прочность металла. В табл. 38 сравнивается время до разрушения
стандартных образцов двух марок сталей при различных нагруз-
ках и температурах. Как видно, в некоторых случаях это время
возрастает в 20—30 раз [320].
Это же покрытие резко повышает прочностную характеристику
сталей в условиях резонансных колебаний. Критерий А (А =
= <т_16, где О-! — предел выносливости материала, б — лога-
рифмический декремент колебаний) для стали ЭИ-572 при 650° С
повышается в несколько раз после нанесения покрытия 1М. Та-
314
ким образом, резко повышаются резервы усталостной прочности,
а следовательно, и долговечности деталей машин, в частности
деталей газовых турбин, находящихся под действием вибраций
[32П.
Состав 1М служит основой для расширения рецептуры, полу-
чения других марок покрытий с теми или иными усиленными
свойствами. Например, добавки к шликеру 0,3—0,7% сажистого
углерода увеличивают твердость и износостойкость покрытия.
Особенно эффективно влияют добавки карбида вольфрама WC
(до 30%).
Добавки СгВ2 (до 60%) оказывают благоприятное влияние на
стойкость покрытия против задирания в узлах сухого трения.
Добавки Сг2С2 и TiC используются для повышения жаростой-
кости покрытия.
Наряду с улучшением эксплуатационных свойств во всех
указанных случаях повышается температура обжига покрытий,
иногда до 1250° С, что ограничивает технологические возможности
производства.
Существенный недостаток металлоподобных покрытий — не-
устойчивость их в минеральных кислотах. Однако они не корро-
дируют в воде и водяном паре, жидких и газообразных углево-
дородах, нефтепродуктах, растворах щелочей, а также в растворах
некоторых органических кислот.
Керамоподобными называются покрытия, состоящие из окис-
лов и силикатов в комбинациях с бескислородными тугоплав-
кими соединениями (силицидами, боридами, карбидами, нитри-
дами). Такие покрытия рекомендованы для защиты углеграфи-
товых и металлокерамических материалов, карбида бора и др.
[322, 323].
Среди многих возможных компонентов керамоподобных по-
крытий, наносимых методами эмалирования, главное значение
приобрели дисилицид молибдена MoSi2 и высококремнеземное
бесщелочное стекло 238, состав которого указан в табл. 39.
Покрытия смешанного типа. В состав покрытий смешанного
типа в качестве огнеупорных составляющих входят вещества
разнообразной природы: тонкодисперсные металлы (Ni, Со, Ст,
Al, Zr), неметаллы (Si, В), сплавы (нихром, порошки нержавею-
щих сталей), карбиды (SiC, Cr3C2, TiC), бориды (СгВ2, ZrB2),
нитриды (Si3N4, BN, A1N) и др. Плавящимися связками служат
силикатные стеклоэмали и стеклошлаки; типичные из них при-
ведены в табл. 39.
Стеклометаллическое покрытие, составленное из смеси стекло-
образноф фритты и тонкого'порошка металлического хрома, впер-
вые было предложено для защиты молибдена [324].- Позднее подоб-
ного рода покрытия были предложены и для защиты сталей [325 ].
В последнем случае в качестве наполнителя применялся кермет
следующего состава (в вес. %): 65—75 Ni, 13—29 Сг, 3—5 В,
Si и С (в сумме до 10%). Связкой служило стекло (фритта).
315
со Таблица 39
Состав стекловидных фаз (в вес. %)
№ стекло- связок О <75 о о" U N о оз О о С4 О о О 03 о ьл 2 о то о о то 03 о с N о с S о О ц. о О' О о 2 о о я, Z о о? ел то Z
332 37,5 — 2,5 6,5 1,0 — — — 3,5 44,0 5,0 — — — — — — — —
238 80,0 — — 17,5 2,5 —
366 58 6 3 20 5 • — 3 — — — — — 5 — — — — —
418 28,8 — — 4,9 0,8 23,1 — 2,8 33,9 3,8 1,9 — — — — — — —
7 59,5 1,4 2,1 3,5 3,5 — — — 10,0 — — — — 0,5 — 4,0 16,0 — —
2 50 — — — 5 — — — — — 15 10 — — — 20 — —
2015 42,8 4,9 — 18,3 6,4 — — — 5,0 — — 1,2 — 0,6 0,5 — 11,9 4,4 4,0
6а 59,0 — — 37,5 1,0 — — — — — — — —- 1,0 — — 2,5 — __
38—57 38,0 — — 57,0 — __ — — __ — — — — — — — 5,0 — —
Примечание. Соответственно природе главных жаростойких компонентов могут быть получены покрытия стеклометал-
лическне, стеклоснлицндные, стеклокарбидные и их сложные сочетания.
Лучшим оказалось покрытие М-60, содержащее 90% кермета и 10%
фритты. Шликер составлялся, как обычно, на воде с добавлением
5% глины. Объемный вес шликера 3,25. Обжиг производился в ат-
мосфере с низким содержанием кислорода. Температура обжига
1040—1100"С. Явное разрушение железа, защищенного покры-
тием М-60, наблюдалось лишь спустя 350 ч при температуре 985е С.
Средний коэффициент расширения покрытия М-60 в интервале
20—500° С равен 135-10“’ град~х.
Стеклометаллические покрытия сочетают в себе свойства сте-
кол и металлов. Возникает задача подробного изучения их при-
роды и свойств, расширения их рецептуры, определения областей
применения в технике.
В первую очередь было предпринято исследование системы
хром—стекло 366 в виде покрытия на Ст.З. Из смеси порошков
стекла и хрома готовились водные суспензии — шликеры. В ка-
честве добавки, предотвращающей оседание частиц, применялся
бентонит. Помол шликеров производился до прохождения без
остатка через сито 10 000 отв/см2. Температура обжига покрытий
колебалась в пределах 1200—1300° С. Обжиг осуществлялся
в нейтральной атмосфере (аргон). В табл. 40 приведены некоторые
свойства стеклохромовых покрытий.
Таблица 40
Свойства стеклохромовых покрытий [325]
покрытий] Состав в вес. % Дилатометриче- ская темпера- тура размягче- кия Tw в °C Объемный вес Модуль упруго- сти в кГ/мм2 Коэффициент линейного рас- ширения а20-600 ’ град~1 Удельное объ- емное сопротив- ление в ом- см при 22° С
Стекло 366 Хром
1 50 50 1090 2,93 7 930 72,0 16,8
2 40 60 1120 3,92 8 400 76,0 2,7
3 30 70 1150 4,54 10 740 78,0 0,62
4 20 80 1190 4,97 13 380 87,0 0,60
5 10 90 1250 5,48 — 95,0 —
Как видно, при добавлении хрома к стеклу одновременно с уве-
личением тугоплавкости покрытий происходит увеличение их
коэффициента расширения. Лучшими по своим защитным свой-
ствам оказались покрытия 4 и 5, отличающиеся высокой стой-
костью к механическим и тепловым ударам. Ст.З, защищенная
стеклохромовым покрытием, практически це окисляется при тем-
пературах до 1000° С, если в слое покрытия отсутствуют случай-
ные дефекты (привес менее 0,01 мг/см2-ч~). Однако опыт показал,
что стеклохромовое покрытие весьма склонно к расслаиванию во
317
время обжига. Сначала происходит агрегация частиц хрома, за-
тем стекло почти полностью отделяется от хрома и выплавляется
на поверхность. Хром с небольшими остатками стекла отлагается
на стали слоем толщиной до 100 мкм (рис. 114).
Вследствие резко выраженной склонности к расслаиванию и
высокой температуры обжига (до 1300° С) стеклохромовое покры-
тие с высокой концентрацией хрома мало пригодно для исполь-
зования. По-видимому, оно может найти применение лишь для
защиты керметов и тугоплавких металлов [326]. Более техндло-
Рис. 114. Структура стеклохромового покрытия: а — нормальная струк-
тура; б — структура в стадии расслоения
Темные участки — стеклообразная или закристаллизованная связка, светлые
зерна — металлический хром
гичны покрытия, включающие частицы никеля, нихрома, крем-
ния. Испытано несколько таких покрытий.
Стекло 366 в смеси (1 : 1) с порошками никеля или нихрома
или с шихтой 1М образуют покрытия, защищающие легирован-
ную молибденистую сталь от язвенной коррозии и разупрочнения
в условиях длительных испытаний при температуре 1000° С [327].
Стеклометаллические покрытия могут выгодно заменять обыч-
ные эмали в тех случаях, когда последние должны выдерживать
повышенные ударные воздействия при умеренных требованиях
к кислотостойкости. Предложены два вида покрытий.
Покрытие А-2 состоит из стекла 2 и нихрома (Х20Н80), взя-
тых в соотношении 50 : 50; оно имеет широкий интервал обжига
(1150—1250° С) и сравнительно мало расслаивается. Обжиг про-
изводится в аргоне [328]. Ударная прочность покрытия А-2 и
обычной эмали показана на рис. 115.
Покрытие В-1 состоит из стекла 2015 и электролитического
никеля (ГОСТ 9722—61), порошки которых смешиваются в соот-
ношении 45 : 55 или 50 : 50. В отличие от других стеклометалли-
ческих покрытий оно обжигаете? в воздухе при сравнительно низ-
318
кой температуре (880—900° С). Для приготовления шликеров ука-
занных стеклометаллических покрытий используются вода и
бентонит (2%). Чтобы ослабить окисление частиц никеля при дли-
тельном хранении шликера, рекомендуется добавлять в шликер
этиловый спирт.
Рис. 115. Сравнение ударной прочности обычной эмали (а) и покрытия
А-2 (б). Сила удара иа приборе Вегнера 9 кГ
Стеклометаллические покрытия могут применяться также и
для защиты чугуна. В частности, проверена эффективность
покрытий, образующихся из 70—90 вес. ч. металлоподобной
составляющей 1М и 30—10 вес. ч.
стеклошлака 418. Покрытия обжи-
гаются при 1000—1100° С в среде
аргона или азота. При темпера-
туре 900° С они в 30—40 раз умень-
шают скорость окисления чугуна
[309].
В процессе обжига и во время
выдерживания образцов на гра-
нице покрытие — чугун происхо-
дят процессы диффузии, перекри-
сталлизации и химического взаи-
модействия (рис. 116). Судя по
отпечаткам, полученным на при-
боре ПМТ-3, наибольшей микро-
твердостью отличается некоторая
средняя зона, переходная от
металла к покрытию. Толщина по-
крытий 0,1—0,2 мм, коэффициент
Рис. 116. Микроструктура стекло-
металлического покрытия на чу-
гуне:
1 — чугун; 2 — переходный слой;
3 — покрытие
319
линейного расширения НО—120-10'7 град 1 (в области 20—
700° С).
В условиях защитной атмосферы и, как исключение, на воз-
духе можно образовать покрытия из смесей стекол со многими дру-
гими металлами (Ag, Pd, Rh, Со, Ti, Zr, Nb, Mo, W) и неметал-
лами (Si, В). Однако практического значения они еще не получили.
Существуют более реальные возможности использовать тонко-
дисперсные металлы в качестве небольших добавок к обычным
эмалям. Сообщается, что титан, цирконий, молибден, кремний,
добавленные к фритте в количестве до 10%, улучшают прочность
сцепления покрытия с основой [329], а добавки металлического
алюминия (4—6%) повышают в два раза жаростойкость обычной
эмали при 700° и на 50° — температуру начала ее размягчения
[330]. При небольших концентрациях металлических составляю-
щих нормальное образование покрытий, как обычно, происходит
в воздушной атмосфере.
Некоторые стеклометаллические системы применяются в виде
припоев, и в этом случае в качестве связки хорошо оправдывает
себя стекло 38-57, которое легко плавится и эффективно защищает
металлы от окисления воздухом.
Еще не решен вопрос о возможности использования в техно-
логии эмалирования сталей тугоплавких бескислородных соедине-
ний в качестве жаростойких наполнителей. Некоторые из них
действительно легко образуют покрытия в определенных смесях
со стеклами (до 30% наполнителя) как в нейтральной, так и в воз-
душной атмосфере (TiSi2, MoSi2, TiB2, ZrB2), другие — только
в нейтральной атмосфере (CrB2, Сг3С2, CrN, TIC, ZrC). Однако
особых преимуществ по сравнению с чисто оксидными эмалями
такие покрытия, по-видимому, не имеют. Иначе обстоит, когда
бескислородные соединения находятся в покрытии в преобладаю-
щем количестве. Весьма высокой жаростойкостью характеризуется
покрытие, составленное из 90% Сг3С2 и 10% стекла 6а, но оно тре-
бует чрезмерно высокой температуры обжига (1240° С) в среде
аргона [331].
Тугоплавкие бескислородные соединения, в особенности MoSi2,
имеют незаменимое значение как компоненты керамоподобных
покрытий для защиты графита, металлокерамики и борсодержа-
щих материалов. Эти же соединения используются для тех же
целей и в покрытиях смешанного типа. Таково, например, покры-
тие для защиты карбида титана [326], имеющее состав (в вес. %)
Сг3С2 — 20, Сг — 40, стекло 238 — 40. Покрытие обжигается
в аргоне при 1400° С.
Предложен способ получения сложных покрытий на основе
обычных эмалей путем обработки эмали, нанесенной на сталь, в
расплавленном алюминии при 750—800° С в течение 2 ч [332].
Во время обработки поверхностный слой эмали перерождается
на глубину 50—-70 мкм. Из него извлекаются такие элементы как
Na, К, Са. В перерожденном слое найдены сс-А12О3 (корунд),
320
металлический кремний и небольшое количество бесщелочногб
стекла. Такой состав обеспечивает высокую устойчивость защит-
ного слоя в расплавленных металлах (Zn, Pb, Sn, при 600° С,
А1 при 700° С) в 20-процентной НС1, в 20-процентном NaOH,
в плавиковой кислоте и др.
9. ПОРОКИ ЭМАЛЕВОГО ПОКРЫТИЯ.
РЕЭМАЛИРОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ
Технология изготовления эмали и эмалирования стальных
изделий включает большой комплекс сложных химических и фи-
зико-химических процессов, зависящих от множества факторов,
из которых не все могут быть учтены в производственных усло-
виях. Между тем, даже небольшие изменения тех или других
процессов влияют на качество эмалевых покрытий. На любом
эмалированном изделии при тщательной проверке могут быть
обнаружены дефекты, хотя многие из них не влияют на его экс-
плуатационные качества. Поэтому для каждого вида эмалирован-
ных изделий в зависимости от их назначения разрабатываются
специальные технические условия, в которых устанавливаются
требования к качеству эмалевых покрытий и перечисляются до-
пустимые дефекты и их количество.
Так, например, на эмалевом покрытии химической аппаратуры,
соприкасающемся с растворами кислот, не допускается ни одной
поры, в то время как на эмалированных стальных ваннах такой
дефект допустим даже для изделий высшего сорта.
Все виды брака эмалевых покрытий приближенно могут быть
разделены на четыре большие группы [125].
1. Нарушение целостности эмалевого покрытия вследствие
отслаивания, отскакивания или сколов эмали в виде более или ме-
нее крупных пластов, кусочков или чешуек.
Основная причина отслаивания эмали с обнажением металла —
недостаточное сцепление грунта со сталью. Отскакивание и сколы
вызываются возникновением в эмалевом покрытии напряжений,
превосходящих прочность эмали на сжатие.
2. Трещины в эмалевом слое, основной причиной появления
которых являются напряжения растяжения, превосходящие проч-
ность эмали.
3. Прогары, пузыри и поры. Пузыри и поры эмалевого покры-
тия вызываются выделением газов, не успевших полностью уда-
литься в процессе обжига грунта или эмали. Часто причиной
появления пор и пузырей в эмалевом покрытии являются прогары
и выгорание грунтового слоя.
4. Пороки, связанные с ухудшением внешнего вида эмалевого
покрытия.
В табл. 41 приведена краткая характеристика наиболее серь-
езных пороков эмалевого покрытия и причин их возникновения
[1, стр. 262—272; 3, стр. 465—481; 54, стр. 322—346; 84, 125]. Одни
21 В. В. Варгин 321
Таблица 41
Пороки эмалевого слоя стальных эмалированных изделий
Характеристика порока Причины появления
1. Отслаиванл Отслаивание. Эмаль отде- ляется от поверхности изделия ме- стами или сплошь в виде более илн менее крупных пластов. На месте от- делившейся эмали обнажается сере- бристо-белая поверхность металла Отскакивание эмали до грунта. Отскочившие чешуйки эмали имеют заостренные, режущие края, что свидетельствует о прочной связи эмалевого слоя с металлом Отскакивание эмали с бортов изделий. Эмаль от- скакивает с бортов изделий в виде чешуек с заостренными режущими краями Рыбья чешуя. Отскакива- ние эмали в виде отдельных чешуек, имеющих форму полукруга с зао- стренными краями. На грунте и чер- ной эмали рыбья чешуя представ- ляет собой очень мелкие трещины, кажущиеся блестящими кристалли- ками («кристаллическая рыбья че- шуя»). Появляется после обжига грунта, иногда во время сушки или обжига покровной эмали, но чаще всего после обжига эмали, причем время до начала появления рыбьей чешуи может составлять от несколь- ких часов до нескольких месяцев ie и сколы эмали. Применение стали, не пригодной для эмалирования. Жирные и масля- ные пятна или другие загрязнения, попавшие на поверхность изделия пе- ред нанесением грунтового шликера. Недодержка изделий в травильном растворе. Образование утолщенного слоя никеля на поверхности изделия в результате передержки в никелевой ванне при высокой температуре рас- твора. Недостаточное количество окис- лов сцепления (окислов кобальта и никеля) в составе грунта. Слишком быстрый или слишком медленный об- жиг изделий, покрытых грунтом. Утол- щенный слой грунта и покровной эма- ли. Проникновение в муфель во время обжига грунта продуктов горения топ- лива Утолщенный слой эмали на изде- лиях. Неравномерное нанесение эма- левого шликера. Коэффициент расши- рения эмали значительно меньше, чем коэффициент расширения металла. Мал радиус закругления выпуклых поверхностей изделия. Удар по эма- левому слою изделия Борт изделия покрыт толстым слоем эмали. Мал радиус закругления борта. Бортовая (рантовая) эмаль имеет слиш- ком малый коэффициент расширения. Неравномерное покрытие борта Основной причиной появлени я рыбьей чешуи являются местные скоп- ления под слоем эмалн газообразного водорода, выделяющегося из металла. Под давлением водорода образуются трещины в эмалевом покрытии, что при превышении прочности слоя эма- лн приводит к отрыву чешуек эмали Появлению рыбьей чешуи способ- ствуют следующие факторы. Повы- шенное содержание водорода в стали. Наличие в металле газовых или шла- ковых раковин. Применение горяче- катаной стали, которая вследствие не- однородной структуры особенно склон- на к образованию рыбьей чешуи.
322
Продолжение табл. 41
Характеристика порока Причины появления
2. Трещины Трещины воло'сиые. От- дельные трещины йли скопление пе- ресекающихся в виде сетки тонких во- лосных трещин, появляющихся на по- верхности изделия или в отдельных ее местах; Эти трещины исключитель- но тонки и часто их можно обнару- жить только, когда в них попадает грязь, краска или раствор кислоты или соли, проходящий до металла Волосные линии. Заплав- леиные трещины в белой эмали, через которые просвечивает грунт. Эти тре- щины бывают на дне изделий и на тех местах, где по конструктивным соображениям неизбежны утолщения в стейках изделий, как, например, в местах приварки арматуры и т. д. Звездочки. Лучеобразно рас- ходящиеся из одной точки волосные трещины. В центре звездочек часто появляется скол эмали «Пауки». Звездочки, у которых края трещин оплавлены Пузырчатые линии. Рас- ходятся из одной точки Разрывы в эмалевом слое. Полосы грунта в эмалевом слое. Они получаются вследствие раз- рыва слоя эмалевого шликера после нанесения его на изделие или во вре- мя сушки и обжига На холоднокатаной стали порок почти не появляется. Применение успокоен- ной стали, на изделиях из которой рыбья чешуя появляется чаще; чем на изделиях из кипящей стали. Длитель- ное травление изделий без применения присадок. Слишком тонкий размол и недостаточный интервал размягче- ния грунта. Применение стали боль- ших толщин, в особенности при дву- стороннем эмалировании в эмалевом слое Неправильная конструкция изделия и различная толщина его стеиок. При- менение эмали с повышенным коэффи- циентом расширения. Местный нагрев или резкое охлаждение изделий. •Слишком толстый или неравномерно нанесенный слой грунта и эмали. Правка изделий после обжига холод- ным инструментом или на холодной плите. Неравномерное охлаждение изделий после обжига Местное утолщение стенок изделий. Коробление изделий во время обжига вследствие неудачной конструкции из- делий и подставок. Слишком толстый слой грунта и эмали. Слишком тонкий слой эмали. Грунт слишком легкопла- вок по сравнению с эмалью. Обжиг изделий на холодной решетке Удар по эмалированному изделию острым металлическим предметом Удар по покрытому эмалевым шли- кером изделию до его обжига Удар по загрунтованному обожжен- ному изделию Слишком тонко смолотая эмаль. Ра- бочий шликер содержит мало заправоч- ных материалов. Быстрая сушка узко- горлых изделий. Сотрясение изделий при транспортировке после покрытия шликером. Попадание в шликер тяже- лых крупинок какого-либо материала. Попадание в нанесенный иа изделие слой шликера капель воды или капель шликера, вследствие чего образуются «натеки». Склонность шликера к тик- сотропии
21*
323
Продолжение табл. 41
Характеристика порока Причины появления
Бугорчатост ь, или складки. Беспорядочно раз- бросанные по всей поверхности эма- левого слоя более или менее глубокие трещины с оплавленными краями 3. Прогары, Прогары. Появляются на грунте в форме кратеров, темных пя- тен, местных обнажений металла. Прогары наблюдаются в основном на малоборных и безборных грунтах, имеющих высокое поверхностное на- тяжение «Медные головки» — красно-бурые точки или небольшие пятна, возвы- шающиеся над поверхностью грунта и представляющие собой участки, пер.есыщенные окислами железа Выгорание грунта у кромок нли на поверх- ности Пузыри, поры и вскипы. Пузыри — небольшие полые про- странства в эмалевом слое, запол- ненные каким-либо газом. Поры — небольшие сквозные кратерообраз- ные отверстия в эмалевом слое, дохо- дящие до грунта илн до металла. Вскипы —скопления пор и пузырей. «Оспа» — точечные углубления в по- кровной эмали, являющиеся резуль- татом оплавления пор й пузырей Утолщенный слой эмалн. Слишком тонкий размол эмалн. Неправильная заправка шликера. Удар по изделию с высушенным слоем шликера. Обжиг недостаточно хорошо высушенных из- делий пузыри и поры Применение легко окисляемых сор- тов стали. Неудовлетворительное про- ведение процессов травления, никеле- вой обработки, нейтрализации и суш- ки черновых изделий. Повторное трав- ление изделий, прошедших никелевую обработку. Применение грунтового шликера, не подвергавшегося старе- нию, а также содержащего окалину и прочие загрязнения. Недостаточное количество буры при заправке шлике- ра малоборных или безборных грун- тов. Слишком тонкий слой грунта. Слишком медленная сушка грунтового слоя. Длительный обжиг грунта при низкой температуре. Наличие в му- фельном пространстве сернистых га- зов и влаги Короткий интервал обжига приме- няемого грунта. Тонкий слой грунта. Длительный обжиг грунта при пони- женной температуре. Передержка из- делий в печи при обжиге. Склонность грунтового шликера к тиксотропии Применение стали, не пригодной для эмалирования. Наличие прогаров, пузырей, пор и вскипов в грунтовом слое; недожог грунта. Наличие в шли- кере грунта или эмали загрязнений, разлагающихся при обжиге с выделе- нием газообразных соединений. По- кровная эмаль обладает большой вяз- костью и повышенным поверхностным натяжением. Избыток электролитов в шликере. Наличие в муфельном про- странстве водяных паров и топочных газов. Применение слишком тугоплав- ких эмалей при легкоплавком грунте. Долгое хранение загрунтованных из- делий до покрытия их эмалью
324
Продолжение табл. 41
Характеристика порока Причины появления
Пузыри и поры на свар- ных швах Пузыри и поры под бор- том 4. Пороки, связанные с ухудшение Темные точки, точеч- ные загрязнения, раз- бросанные на эмалевом слое Следы от инструмента Белый налет на эмали. Поверхность эмалевого слоя покрыта белой матовой пленкой Плохая зачистка свариваемых краев. Сваривающий ролик не полностью за- хватывает шов. Неплотность шва. Образование на поверхности шва тол- стой пленки окислов железа. Сталь содержит много примесей и плохо под- дается сварке. Толстый слой эмали. Плохо обработан шов после сварки Борт плотно прижат к корпусу из- делия. Прогар грунта вследствие вы- сокой температуры обжига. Остатки травильного раствора в полости борта. Недостаточная просушка изделий пос- ле травления и нанесения шликера грунта или эмали м внешнего вида эмалевого покрытия Небрежное хранение сырьевых ма- мериалов, гранулированной эмали и шликера. Плавление эмали в восста- новительной атмосфере. Нефтяной кокс и частички угля, попадающие в эмаль при ее плавлении. Загрязнение шликера частичками железа или ока- лины. Применение для размола цвет- ных эмалей сильно истирающихся ша- ров и футеровки. Газовые пузырьки в эмали. Включенные в покрытие пу- зырьки воздуха или газов. Грунт бо- лее легкоплавок, чем эмаль. Попада- ние пыли на изделие, покрытое эма- левым шликером, до обжига или же на не успевшее остыть обожженное изделие Царапины на эмалевом слое, обычно доходящие до грунта, вследствие не- брежной переноски изделий из сушила к печи или при сотрясении решетки во время загрузки изделий в печь. Сле- ды от щипцов и клещей и других ин- струментов при разгрузке и правке обожженных изделий. Следы на бор- тах или на дне изделий от плохой под- готовки инструмента для обжига Содержание в шликере большого количества растворимых солей, осо- бенно сернокислых соединений натрия или магния. Наличие в эмалевых гра- нулах непрореагировавшего во время плавления эмали сульфата натрия. Проникновение в муфельное простран- ство продуктов неполного горения топлива и их взаимодействие с эмалью
325
Продолжение табл. 41
Характеристика порока Причины появления
Налет на поверхности цветного эмалевого слоя Обжиг изделий при восстановитель- ной атмосфере в муфельном простран- стве, вследствие чего в эмалн восста- навливаются свинцовые н другие со- единения. В эмали содержится слиш- ком много щелочей. Красители содер- жат растворимые в воде соли и, в ча- стности, сульфаты и хроматы
Просвечивание грун- та через покровную эмаль Покровная эмаль недостаточно за- глушена и нанесена слишком тонким слоем. Эмаль передержана в плавиль- ной печи, вследствие чего одни глу- шители улетучились а другие раство- рились в эмали
Матовая эмаль Склонность эмали к кристаллиза- ции. Плохое качество глушителей и красителей. Проникновение топочных газов через стенки муфеля. Примене- ние для заправки шликера большого количества поташа, соды н сернокис- лых соединений. Крупный размол эмали. Низкая температура в печи во время обжига изделий. Хранение эма- лированных изделий вблизи травиль- ного илн эмалеплавильного отделения
Волнистая поверхность эмалевого слоя Неровная поверхность черного из- делия. Неравномерное нанесение эма- левого слоя. Слишком большая вяз- кость и большое поверхностное натя- жение эмали. Большая вязкость эма- левого шликера. Сотрясение изделий после нанесения на них шликера
Коробление изделий н в м я т н и ы Неправильная конструкция изде- лий. Неправильная установка изде- лий на решетке для обжига. Слишком высокая температура в печи при обжи- ге. Неаккуратное обращение с изде- лием в процессе эмалирования. Не- удачный состав стали
«Апельсиновая корка». Поверхность изделия усеяна бугор- ками Нанесение на недостаточно хорошо обожженный грунт тонкого слоя эма- ли. Нанесение слишком вязкого шли- кера. Пульверизация шликера под большим давлением на близком рас- стоянии от изделия. Нанесение по- кровной эмали по грунту, имеющему порок «шагреневая кожа»
326
Продолжение табл. 4i
Характеристика порока Причины появления
«Ш агреневая кожа». Мел- кое вскипание на всей поверхности или местами. Наблюдается на грунте и безгрунтовой черной эмали Изменение цвета эма- левого покрытия: а) белая сурьмяная эмаль по- лучает синий или зеленый оттенок б) красная селенокадмиевая эмаль становится фиолето- вой или синей в) ухудшение цвета кирпично- красной эмали (окрашен- ной окисью железа) г) черная эмаль становится фиолетовой, зеленой, ко- ричневой и т. д. Характерные пороки белого покрытия тита- новой эмалью: а) кремовый или желтый от- тенок покрытия б) серый оттенок покрытия в) желтые точки Газонасыщенность применяемого металла. Быстрый обжиг при слишком высокой температуре. Применение слишком легкоплавкого грунта. В шликер при заправке введено много буры. Шагреневая кожа чаще всего образуется при обжиге тонкостенных изделий Содержание в сырьевых материалах красящих окислов. Передержка эма- левого расплава в печи при варке. Обжиг изделий при высокой темпера- туре или в восстановительной среде. Слишком тонкий слой недостаточно заглушенной покровной эмали Непрочность красителя. Неудачный состав эмали, вследствие чего сульфи- ды селена и кадмия переходят в окислы. Обжиг эмали в окислительной среде; слишком длительный обжиг Эмаль содержит много буры и щело- чей. Обжиг при слишком высокой тем- пературе. Шликер заправлен серно- кислыми солями Неправильный выбор электролита для заправки шликера. Смешение чер- ной эмали с эмалью другого цвета. ''Слишком тонкий помол эмали. Недо- жог или пережог эмалевого слоя. На- несение очень тонкого слоя эмали не- посредственно на металл Слишком высокая температура и продолжительный обжиг. Содержание в сырьевых материалах соединений хрома. Применение недоброкачествен- ных мельничных добавок. Варка эма- лей при низкой температуре Варка эмалей в восстановительной среде. Недожог эмали. Обжиг в восста- новительной среде Применение грунта, содержащего соединения шестивалентного хрома. Попадание на изделие окалины от ни- хромовых электронагревателей или от посадочных приспособлений во вре- мя обжига
327
Продолжение табл. 41
Характеристика порока Причины появления
г) серые точки д) пятна, отличающиеся по цвету от остального покры- ' тия е) местные вскипания эмали серого цвета ж) местные вскипания кремо- вого цвета 5. Пороки, декоративных изобра Отслоение краски. Кра- ска отделяется от эмалевого слоя Растрескивание кра- ски. Рисунок покрыт «цеком» Сползание или с б о р к и краски. Краска неровно расплав- ляется и в ней образуются сборки Матовость В с к и п. Слой краски изобилует порами и пузырьками Потемнение краски Применение восстановленной эмали крупного помола Попадание Капель воды на высушен- ный слой эмали. Исправление высу- шенного эмалевого слоя подмазкой шликером Попадание иа обожженный грунт или на эмалевый слой во время сушки капель декстрина или других органи- ческих загрязнений Неравномерная сушка эмали. На- ведение раита черной эмали после вы- сыхания эмалевого покрытия. Попа- дание капель раствора поташа на обожженный грунт или на необожжен- ную эмаль. Исправление высушенного эмалевого слоя подмазкой шликером жений на эмалированных изделиях Изделие не было достаточно хорошо очищено до нанесения рисунка, вслед- ствие чего краска не пристала к по- верхности эмалевого слоя. Слишком толстый слой краски. Мал коэффи- циент расширения краски Велик коэффициент расширения кра- ски. Утолщенный слой краски Наличие на окрашиваемом изделии пленок жира и влаги. Слишком бы- стрый обжиг. Обжиг плохо просушен- ных изделий Неудачный химический состав кра- ски. Слабый обжиг изделий. Плохо промытые красители. Неудачно подо- бранная заправка шликера. Проникно- вение в муфель во время обжига про- дуктов горения. Слишком тугоплав- кая краска Попадание загрязнений в краску во время нанесения ее на изделие. Присутствие в краске растворимых солей. Слишком высокая температура обжига Восстановление свинцовых соедине- ний в краске. Неудачный выбор за- правки. Проникновение продуктов го- рения топлива в муфель
328
Продолжение табл. 41
Характеристика порока Причины появления
Пузырение эмали при вторичном обжиге для закрепления изображе- ния . Высокая газонасыщенность приме- няемого металла. Применение легко- плавкого грунта. Слишком быстрое проведение первого обжига эмали (без изображения) и при высокой темпе- ратуре
и те же пороки эмалевого покрытия часто происходят по различ-
ным причинам, нередко противоречащим одна другой, и, наобо-
рот, одна и та же причина может вызвать различные пороки.
Это затрудняет определение настоящей причины порока и быст-
рую ликвидацию того или иного вида брака, появившегося в про-
изводстве.
Наиболее эффективными профилактическими мерами по пре-
дотвращению брака является стандартизация всех стадий техно-
логического процесса в литейном, механическом и эмалировочном
цехах и введение строгого контроля за их выполнением.
Удаление эмали с изделий. При .наличии на изделии неисправ-
ных пороков иногда прибегают к снятию эмали с изделия, сохра-
няя металлическую заготовку с целью ее повторного эмалирова-
ния. Способ удаления эмали зависит от формы предмета и толщины
металла.
Механические способы применяют для толстостенных стальных
и чугунных изделий (толщина металла более 1 мм). Эмаль предва-
рительно отбивают с помощью молотка и зубила, после чего изде-
лие подвергают дробеструйной обработке при давлении 2—3 ати.
Применение более высокого давления не рекомендуется во избе-
жание внедрения частичек эмали в металл. Для облегчения дро-
беструйной обработки применяют также нагревание эмалирован-
ного- изделия до 500—550° С с последующим резким охлаждением
его в воде.
Химические способы применяют для снятия эмали с тонко-
стенных изделий. Эмалевое покрытие можно разрушить концен-
трированными растворами минеральных кислот. Особенно актив-
ными являются 20-процентный раствор плавиковой кислоты и
смесь 20-процентных растворов плавиковой и серной кислот.
Возможна также обработка горячей разбавленной серной кисло-
той, 20-процентной соляной и 4-процентной хромовой. Продол-
жительность удаления эмали кислотами измеряется часами. Обра-
ботка кислотами приводит к перетравливанию металла и ее при-
меняют редко.
Из химических методов наиболее распространена обработка
щелочами. При обработке расплавами едких щелочей при
329
температуре около 500° Сэмаль разрушается за 8—10 мин. Расход
щелочи составляет около 400 кг на 1 т обрабатываёмых изделий
[3, стр. 222—224]. После обработки расплавом изделия промы-
вают в горячей воде, а затем длительное время выдерживают
в холодной проточной воде и протирают для удаления шлама.
Применение предварительного механического разрушения эмале-
вого покрытия снижает расход щелочи до 170 кг на 1 т
[1, стр. 275]. Сосуды, в которых изделия обрабатывают щелочами,
изготовляют из чугуна, и они выдерживают эксплуатацию в тече-
ние 60 дней.
С помощью 50-процентных растворов щелочей при температуре
140° С можно удалить эмалевое покрытие с изделий за 6—12 ч.
Для ускорения процессов в раствор' вводят кремнефтористый
натрий и смачивающие вещества. Так, в растворе, содержащем
8—10 вес. ч. едкой Щелочи, 1—5 вес. ч. кремнефтористого натрия,
0,5—1 вес ч. смачивающего вещества и 3,5—4 вес. ч. воды через
2 ч снимается уже около 90% покрытия [22].
Для повышения температуры растворов используют автоклавы,
в которых обработку производят при давлении 13—15 ати. С целью
ускорения химического разрушения эмали также применяют
предварительный нагрев и резкое охлаждение. Разрушение по-
крытия ускоряют перемешиванием раствора или покачиванием
изделий.
Особенно важно удалить остатки сцепляющего слоя и слоя
металлического никеля. Поэтому после химической часто приме-
няют дробеструйную обработку при невысоких давлениях.
В последнее время предложены способы удаления. покрытий
с помощью ультразвука. По одному из этих методов эмалирован-
ный предмет приводится в колебательное движение с большой ча-
стотой с помощью генератора ультразвука. Вследствие различной
упругости эмали и металла эмаль отслаивается. Возможен также
другой способ. Так, при озвучивании растворов, в которых про-
изводится обработка изделий, резко повышается скорость реак-
ций. Кроме того, большой эффект следует ожидать от эрозионного
разрушения эмалей в растворах, озвученных ультразвуком боль-
шой интенсивности, так как эмалевое покрытие неустойчиво к ка-
витационному действию.
Все способы удаления эмали с изделий трудоемки, требуют
специально оборудованных помещений.
Глава V
ЭМАЛИРОВАНИЕ ЧУГУННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Многие предметы санитарно-технического оборудования, быто-
вого назначения, аппараты и детали к ним удобнее и проще изго-
товлять литьем. Сталь по своим литейным свойствам значительно
хуже и дороже чугуна. Поэтому чугун издавна применяют для
изготовления различных эмалированных изделий.
Технологический процесс подготовки чугунных отливок к
эмалированию проще и дешевле, чем стальных, так как дорогие
и трудоемкие операции травления и обезжиривания заменены
дробеструйной очисткой.
Главные трудности, возникающие при эмалировании чугуна,
состоят в том, что чугун по своей структуре, химическому составу
и свойствам значительно менее стабилен, чем сталь. Даже при
одинаковом химическом составе лугуна его структура очень
сильно видоизменяется в зависимости от условий литья и кристал-
лизации, а это оказывает существенное влияние на его физические
свойства и соответственно на качество эмалевого покрытия.
Чугунные изделия, подвергаемые эмалированию, можно разде-
лить на три большие группы: санитарно-техническое оборудование
и предметы домоустройства; кухонная посуда; химическая аппа-
ратура.
Первые две группы изделий с толщиной стенок в преде-
лах 2—6 .мм являются тонкостенным литьем, изделия третьей
группы относятся к толстостенному литью и имеют толщину
стенок 20—30 мм и выше.
Чугунные изделия эмалируют мокрым (шликерным), сухим
(пудровым) и комбинированным способами. Выбор способа эма-
лирования зависит от конструктивных особенностей изделий,
их конфигурации, габаритов и предъявляемых к изделиям требо-
ваний в отношении физических и химических свойств эмалевого
слоя и его внешнего вида. Кухонная посуда эмалируется шликер-
ным способом, санитарно-технические изделия (ванны, мойки,
раковины и т. д.) — пудровым, химическая аппаратура и мелкие
изделия технического назначения—всеми указанными спосо-
бами.
331
1. ЧУГУН для ЭМАЛИРОВАНИЯ
Чугунные отливки под эмалирование изготовляют из серого
чугуна, характерным признаком которого является наличие не-
связанного углерода в виде графита. Содержание химически свя-
занного углерода в сером чугуне (в виде цементита) не должно
превышать 0,7—1,0%.
Свойства чугуна определяются главным образом его структу-
рой независимо от того, под влиянием каких факторов она обра-
зовалась. Формирование структуры чугуна происходит в резуль-
тате кристаллизации и перекристаллизации. Наиболее важным
процессом при этом является графитизация, определяющая не
только количество, форму и распределение графита в чугуне,
но и строение его матрицы.
Кристаллизация и графитизация чугуна определяются хими-
ческим составом металла, структурой его в жидком состоянии,
скоростью охлаждения отливки, термообработкой и другими усло-
виями. Варьируя эти факторы, можно получить ту или иную
структуру, а следовательно, и свойства чугуна.
По структуре нелегированный чугун бывает следующих видов:
1) белый чугун, где углерод находится в химически связанном
виде в форме карбида железа — цементита;
2) половинчатый перлито-цементитный чугун - с . наличием
в структуре перлита, цементита и графита;
3) перлитный серый чугун, состоящий из перлита и графйта;
4) перлито-ферритный серый чугун, содержащий перлит,
феррит и графит;
5) ферритный серый чугун, где имеются только феррит и
графит.
Под эмалирование идет обычно перлитный или перлитО-фер-
ритный серый чугун. Графит в чугуне по форме может быть пла-
стинчатым и глобулярным. Количество, размеры, форма и рас-
пределение гр-афита в чугуне оказывают специфическое влияние
на его свойства. По форме, величине и расположению графит
в чугуне оценивается по шкале, принятой в СССР (ГОСТ 3443—57)
и за рубежом.
Химический состав. В чугуне, кроме углерода, имеются нор-
мальные примеси, обусловленные выплавкой чугуна в домен-
ной печи, а затем в вагранке. К нормальным примесям относятся
Мп, Si, Mg, Р и S. Влияние этих элементов на структуру чугуна
в основном определяется их влиянием на графитизацию. По дей-
ствию на графитизацию обычные примеси располагаются в следую-
щий ряд: С, Si, Р, Mg, S, Мп, причем углерод и кремний усиливают
этот процесс, фосфор не оказывает непосредственного влияния,
а магний, сера и марганец производят антиграфитизирующее
действие. Однако совместное действие всех элементов на графити-
зацию зависит не только от количества каждого из них, но и от
сочетаний их при одновременном. присутствии. Например, сб-
332
гласно данным [333], в перлитных чугунах влияние углерода экви-
валентно кремнию, в ферритных — в 2 раза сильнее, поэтому
содержание кремния в перлитных чугунах примерно в 2 раза
меньше, чем в ферритных. По Гиршовичу [333], углерод и кремний
действуют так, что влияние каждого элемента тем интенсивнее,
чем меньше содержание другого элемента. Поэтому для структу-
рообразования чугуна важное значение’ имеет суммарное содер-
жание углерода и кремния, определяемое по углеродному экви-
валенту, вычисляемому некоторыми авторами по формуле С +
+ -у Si [56]. Регулируя количество С и Si, изменяют при про-
чих равных условиях микроструктуру чугуна в требуемом направ-
лении.
По Пивоварскому [334], чугуны характеризуются степенью
насыщения углевода, которая выражается формулой
С __ % С
с 4-23-4т
Для эмалирования лучшими оказываются чугуны, у которых
Sc = 1,0—1,6. При меньшем значении коэффициента степени
насыщения содержащийся в чугуне цементит разлагается очень
медленно, а при больших значениях графит выделяется в виде
крупных пластинок.
В связи с отливкой чугунных эмалируемых тонкостенных-изде-
лий в металлические формы с песочными стержнями, иногда уве-
личивают содержание кремния в чугуне для борьбы с отбелом.
Для отливок толщиной в 2—3 мм при заливке в кокиль, подогре-
тый до 300° С, сумма углерода и кремния должна быть значительно
выше 6,5%. Для изделий с толщиной стенок 3—5 мм рекомен-
дуется иметь 3,0—3,2% Si при 3,4—3,8% С.
При содержании кремния в чугуне ниже 2,3% или выше 2,7—
2,8% в изделиях получается отбел. Это явление объясняется тем,
что при содержании до 2,5% кремний растворяется в жидком
металле и не образует самостоятельной фазы, а действует как гра-
фитизатор. Кремний при содержании его свыше 2,5% образует
карбидную фазу; дальнейшее увеличение количества кремния
способствует отбеливанию чугуна.
В тонкостенном литье для эмалирования кремний обычно
содержится в пределах 2,2—2,7%. В толстостенном литье — от-
ливках для аппаратов химической промышленности — содержа-
ние кремния большей частью не превышает 1,7—2,0%.
Влияние марганца и серы необходимо рассматривать также
совместно. Большое химическое сродство этих элементов приводит
к образованию тугоплавких малорастворимых сульфидов, бога-
тых марганцем, т. е. к взаимной нейтрализации влияния элемен-
тов. Поэтому влияние марганца и серы на кристаллизацию чугуна
определяется избытком только того элемента, который остается
333
После образования сульфидов. Каждый из них, как указывалось
выше, в отдельности затрудняет графитизацию. Наиболее полная
нейтрализация одного элемента другим наблюдается обычно
при соотношении Мп = 1,7S + (0,2н-0,3). Избыток Мп или S,
кроме того, вызывает образование карбидов, вредно влияющих
на качество эмалевого слоя [56].
Фосфор не оказывает непосредственного влияния на графити-
зацию, но в его присутствии в структуре чугуна появляется
особая структурная составляющая — двойная (Fe3P + Fey)
или тройная (Fe3C + Fe3P + Fey) эвтектика. Эта составляющая,
будучи легкоплавкой, кристаллизуется в последнюю очередь и
располагается по границам первичного зерна в виде отдельных
островков, видимых при содержании более 0,15—0,20% Р, или
в виде сплошной сетки (при содержании более 0,6—0,7% Р).
Высокое содержание фосфора сообщает отливке хрупкость.
Химический состав чугуна для санитарно-технических изде-
лий, посуды и мелких чугунных деталей технического назначе-
ния должен соответствовать маркам СЧ 00, СЧ 12—28 и СЧ 15—32
(ГОСТ 1412—54). Характеристика этих чугунов приведена
в табл. 42.
Таблица 42
Состав чугуна для эмалирования
Марка чугуна Тол- щина сте- нок от- ливки в мм Содержание элементов (в %) Структура
С (общий) Si Мп р S
СЧ 00 До 10 3,2—3,8 2,4—2,7 0,5— 0,8 0,5— 0,65 До 0,15 Феррит + пер- лит; графит пластинчатый
СЧ 12—28 10—20 20—30 30 3,2—3,8 3,1—3,6 3,0—3,5 2,3—2,6 2,2—2,5 2,1—2,4 0,5— 0,8 0,5— 0,65 До 0,15
СЧ 15—32 До 20 20—30 30 3,2—3,6 3,1— 3,5 3,0—3,4 2,0—2,4 2,0—2,3 1,8—2,2 0,5— 0,8 0,5— 0,65 До 0,15
Фактический состав чугунов, применяемых для отливки тон-
костенных изделий под эмалирование, согласно литературным
данным [335], колеблется в гораздо более широких пределах.
Например, некоторые чугуны эмалируются при содержании в них
до 3 и 3,2% Si. По содержанию Мп и S расхождения в составах
чугунов очень незначительны. В широких пределах (0,3—1,4)
колеблется содержание в чугуне фосфора, который не оказывает
334
Рис. 117. Структура чугуна перед эмалиро-
ванием:
Р—перлит;К—островки феррита в перлитной мас-
се; St — стэдит; черные полосы — графит (X 500)
существенного влияния на эмалируемость чугуна, но увеличи-
вает его хрупкость и пористость. При соблюдении соответствующей
технологии литья пористость может быть - устранена, поэтому
препятствий для использования чугунов с высоким содержанием
фосфора не имеется [336]. Высокофосфорные чугуны рекомендуют
в основном авторы из тех стран, где используют руды, богатые
фосфором. Мелкое литье в Англии хорошо эмалируется при содер-
жании 1,6% Р, и только для более крупного литья содержание его
снижается до 1,0—1,2%.
Термические свойства.
Одним из важнейших ус-
ловий хорошего сцепления
чугуна с эмалевым покры-
тием является наиболее
точное соответствие к. т. р.
эмали к. т. р. металла.
Так, разница к. т. р. эма-
ли и чугуна только в 10—
15% часто приводит к рас-
трескиванию или откалы-
ванию эмалевого слоя.
Расширение чугуна зави-
сит от его состава и струк-
туры и определяется не
только величиной к. т. р.
составляющих фаз, но так-
жестепенью графитизации,
окислением и газонасы-
щением. По данным Гир-
шовича [333], наибольшее
влияние на коэффициент
расширения оказывает углерод, который в связанном состоянии
понижает его [334], а при графитизации повышает. Ферритному
чугуну соответствует большее значение к. т. р., чем перлитному.
Поэтому графитизирующие элементы повышают, а антиграфити-
зирующие уменьшают к. т. р. чугуна. Повышение значения
к. т. р. при увеличении содержания кремния до 1,5—2,0% объяс-
няется графитизирующим его действием, а при большем содержа-
нии проявляется непосредственное влияние кремния, образующего
твердый раствор с ферритом. Остальные обычно встречающиеся
в чугуне элементы (Мп, Р и S) не оказывают заметного влия-
ния на к. т. р. серого чугуна, величина которого колеблется
в пределах а’00, 107 = 110-4-120 1/° С.
В процессе нагрева чугуна, кроме чистого теплового расшире-
ния, происходят еще объемные изменения при фазовых превра-
щениях, которые сказываются на образующихся напряжениях.
Так как отливки, применяемые для эмалирования, обычно
имеют перлитную или перлитно-ферритную структуру (рис. 117),
335.
то во время обжига большая часть перлита распадается, и микро-
структура обожженной отливки, как видно из рис. 118, состоит
в основном из феррита и графита, хотя
в ней часто остается около
20—30 % содержавшегося
до эмалирования перлита.
Изменение микрострук-
туры чугуна при нагреве
в процессе эмалирования
приводит к «росту» чугуна.
На рис. 119 приведена кри-
вая ] термического расши-
рения чугуна до эмалиро-
вания по Дитцелю. Выше
600° С заметно сильное из-
менение хода кривой вслед-
ствие распада цементита и
связанного с этим роста
образца. Кривая 2 отно-
сится к процессу расши-
рения эмалированного, т. е.
обожженного чугуна. Эта
кривая не имеет заметных
Рис. 118. Чугун после обжига грунта (X 500) отклонений вплоть ДО тем-
пературы около 800° С,
при которой происходят растворение графита и связанные с этим
структурные изменения, сопровождающиеся сокращением образца.
В производственных условиях
трудно добиться абсолютного по-
стоянства химического состава чу-
гуна. Однако надо стремиться
к тому, чтобы колебания в хими-
ческом составе не выходили за
указанные выше пределы.
В табл. 43 приводятся данные
о коэффициентах термического
расширения чугуна, применяемого
для эмалирования.
Некоторые авторы пытались
разработать способ расчета коэф-
фициента расширения чугуна по-
его химическому составу, поль
зуясь методом аддитивности, как
это принято для стекол, эмалей и
глазурей. Из предложенных кон-
стант наиболее удовлетворительные результаты дают факторы
Дитцеля и Лемме [337], приведенные в табл. 44.
Микроструктура. Изменения в микроструктуре чугуна при
эмалировании происходят в зависимости от свойств составляющих
Рис. 119. Кривые расширения чу-
гуна:
1 — до эмалирования; 2 — после эма-
лирования
336
Таблица 43
Коэффициент линейного термического расширения чугуна
Температура в °C По Гир- шовичу [3331 Коэффициент расширения чугуна а- 10’
до эмалирования после эмалирования
I II I II
20—100 100 105—112 92—115 117—120 95—120
20—200 — 112—118 95—113 120—124 102—118
20—300 по 117—120 106—117 125—127 111—120
20—400 — 122—126 111—120 129—130 117—125'
20—500 131 126—130 114—123 133—135 117—125
20—600 — — 122—126 — 120—132
20—700 137 — 144—162 — 126—132
Примечание. НИИ сантехники. I — по данным Дитцеля [337], II — по измерениям
Таблица 44
Факторы для расчета коэффициента расширения чугуна
в области температур от 0 до 500° С
Составные части Факторы Составные части Факторы
Графит Углерод связанный Кремний Марганец 3 —15 —4 4 Фосфор Сера Железо 5 4 4,26
Примечание. Для расчета величины к. т. р. умножают содержание элемента в чугуне на соответствующий фактор; сумма произведений, умноженная на 10“’ град~1, даст значение к. т. р. процентное полученных
структуру элементов. Цементит в виде механической смеси с фер-
ритом, т. е. в виде перлита, начинает разлагаться при темпера-
туре около 600—650° С. При этом выделяется весьма активный
углерод, значительная часть которого окисляется до СО и СО2.
Во время обжига грунтд газы, образующиеся при разложении
цементита, свободно проходят через пористый грунтовый слой.
Заэвтектоидный цементит распадается при более высоких темпе-
ратурах и более медленно, поэтому не разложившаяся за период
обжига грунта часть его разлагается только при обжиге
22 В. В. Варгин 337
покровной эмали. Выделяемые при этом газы могут давать поры
и пузыри в эмалевом слое. Такие отливки перед эмалированием
необходимо предварительно отжечь при температуре не ниже
780-800° С.
Неравномерное распределение цементита в отливке, т. е. раз-
нородная структура металла часто ведет к растрескиванию изделий
во время обжига вследствие неравномерного расширения ее от-
дельных участков.
В чугуне, подлежащем эмалированию, графит должен нахо-
диться в равномерно распределенной тонкодисперсной форме.
Крупные прожилки графита в отливке способствуют более глу-
бокому проникновению процесса окисления в структуру чугуна,
что может быть причиной появления пор и пузырей в эмали. Скоп-
ления графита на поверхности отливок в виде блестящих пятен
препятствуют сцеплению эмали с металлом. На этих графити-
стых участках при шликерном способе эмалирования получаются
вздутия (пузыри), а при пудровом способе — царапающие тре-
щины («подъемы»), при этом слой эмали и грунта отстает от ме-
талла.
Фосфидная эвтектика в эмалируемом чугуне должна быть
в виде отдельных включений, а не в виде непрерывной сетки, что
может придавать отливкам повышенную хрупкость. Кроме того
установлено, что цементит, граничащий с фосфидной эвтектикой,
разлагается при более высоких температурах.
Сцепление. Эмалевое покрытие меняется с поверхностью
чугунной отливки благодаря образованию тонкого промежуточ-
ного слоя окислов железа. При обжиге в атмосфере водяного пара
окалина образуется в 10 раз быстрее, чем при обжиге в сухом
воздухе.
Более сильное окисление загрунтованной поверхности чугуна
по сравнению с чистой тоже обусловлено влиянием выделяюще-
гося из грунта во время обжига водяного пара; Вес окалины на
чистом чугуне и на пластинках, покрытых фриттованным грунтом,
растет по формуле хг = у, где х — вес окалины на единицу по-
верхности; у — время обжига.
При обжиге плавленого грунта вес окалины увеличивается
пропорционально времени обжига, так как окалина постепенно
растворяется в грунте.
Если в плавленом грунте содержится окись кобальта, то окис-
ление чугуна происходит еще Менее интенсивно вследствие осаж-
дения на его поверхности слоя металлического кобальта.
Связующий промежуточный слой вблизи поверхности металла
состоит из закиси железа FeO, в середине — из закиси—окиси
Fe3O4, а в наружном слое (самом тонком) — из окиси железа
Fe2O3. Соотношение толщин этих слоев составляет примерно
100 : 10 : 1. Если плавленый грунт нанесен слишком тонким слоем,
то он быстро насыщается во время обжига окислами железа.
Плавленый грунт слабо сцепляется с металлом, если он не содер-
338
жит окислов кобальта и никеля, а также при гладкой поверхности
отливки. В этих случаях грунт быстро пересыщается окислами
железа.
|Для лучшего сцепления грунта с поверхностью металла необ-
ходимо, чтобы эмалируемая поверхность была слегка шерохова-
той. Такая поверхность образуется во время обжига грунта при
наличии в его составе окиси кобальта или никеля (согласно элек-
трохимической теории сцепления) или в результате песко- или
дробеструйной обработки изделий до эмалирования.
При изучении влияния химического состава и структуры
чугуна на процесс сцепления грунта с поверхностью отливок
установлено следующее.
1. Графит не оказывает вредного влияния на сцепление только
в том случае, когда он в чугуне тонко распределен.
2. Кремний оказывает благоприятное влияние, так как спо-
собствует распаду цементита, повышает значение Sc и прочность
сцепления пленки окислов с металлом.
3. Высокое содержание марганца нежелательно.
4. Количество фосфора в чугунном тонкостенном литье для
эмалирования должно быть максимально допустимым в данных
условиях.
5. При толщине стенок изделий 3—3,5 мм сцепление получается
наиболее прочным при степени насыщения Sc, равной 1,0—1,04.
6. Введение в состав чугуна 0,2% Ti положительно влияет на
процесс сцепления.
7. Содержание шарообразного графита улучшает сцепление
эмали с чугуном.
8. На белом чугуне хорошее сцепление эмалевого покрытия
наблюдается только в случае применения фриттованого грунта.
Плавленый грунт прочно пристает к поверхности отливки, имею-
щей ферритную структуру.
Хаутман [336] изучал условия сцепления эмалевого слоя
с чугуном, пользуясь методом разрыва двух Т-образных образцов
с эмалированными плоскостями, скрепленных между собой во
время обжига в печи. Опыты подтвердили, что сцепление эмалевого
покрытия зависит от химического-состава и структуры чугуна, от
степени насыщения Sc. Доказано, что степень насыщения1 должна
быть не менее 1,04 и не более 1,07. Лучшие результаты при эма-
лировании дают чугуны следующего состава: Si ^2,45%; Р
0,6%; Мп < 0,5%; S < 0,095%.
Оптимальное количество углерода, рассчитывается исходя из
степени насыщения. Чем быстрее содержащиеся в металле карбиды
распадаются во время обжига грунта, тем лучше сцепление.
1 Хаутман приводит более полную формулу степени насыщения, чем указано
выше, а именно:
9____________________с
с “ 4,23 — 0,312Si — 0,339Р — 0,066Мп ‘
22*
339
Смеси фриттованного и плавленого грунтов сцепйяются с метал-
лом значительно лучше, чем один фриттованный грунт.
Прочность сцепления резко ухудшается при слишком тол-
стом слое фриттованного грунта (>0,2—0,26 мм), а особенно при
слишком тонком слое (-<0,15 мм). Плохое сцепление получается
при низком содержании кремния в чугуне и при низкой темпера-
туре заливки формы.
Большое влияние на прочность сцепления оказывают грану-
лометрический состав формовочной земли и способ припыливания
формы. Для припыливания лучше применять каменноугольную
пыль, чем молотый графит. Отрицательно влияют также слишком
большое содержание влаги в формовочной земле и низкая ее газо-
проницаемость. Сцепление улучшается при правильной песко-
или дробеструйной обработке поверхности отливки.
Пороки отливок
Наряду с химическим составом чугуна и его микроструктурой
исключительно большое влияние на результаты эмалирования
оказывает качество отливки. Пороки отливок и их влияние на
появление пороков в эмалевом слое приведены в табл. 45. Пороки,
встречающиеся в отливках, предназначенных для эмалирования,
можно разделить на следующие группы: недостатки химического
состава и структуры чугуна; недостатки поверхности отливок;
раковины и инородные включения; сквозные и заплавленные тре-
щины; недостатки конструкции и формы.
Таблица 45
Пороки чугунных отливок и их влияние на качество
эмалевого покрытия
Характеристика порока Влияние на качество покрытия
Недостатки химического состава
Много углерода (>3,6%) Трещины, отколы н пузырьки в эмалевом слое
Мало кремния (<2,0%) Растрескивание изделия во время обжига и образование пузырьков и пор на отбеленных местах
Много кремния (>2,8%) Поры и пузырьки из-за присут- ствия в чугуне крупнопластинчатого графита
Много серы (>0,12%) при малом содержании марганца Поры, пузырьки и ржавые пятна, растрескивание изделий при обжиге
Много марганца (>0,8%) Растрескивание изделий при об- жиге
Недостатки Крупнопластинчатый графит структуры Плохое сцепление, поры и пузыри
Отбеленный чугун То же
340
Продолжение табл. 45
Характеристика порока Влияние на качество покрытия
Недостатки пове Пригар — прочно приставшая к поверхности формовочная земля Отбеленные места — твердые, труд- но поддающиеся механической обра- ботке участки со структурой белого чугуна Плены, намывы и неметаллические наносы — легко отделяемые от поверх- ности металла чешуйки Ужимины — неглубокие узкие и длинные бороздки в теле отливки, прикрытые пленкой металла, под ко- торой есть прослойка формовочного материала Гладко обработанные места Графитистые места — блестящие поверхности, оставляющие на руках следы жирной черной краски Ржавые пятна на поверхности от- ливки Загрязненная поверхность — от- ливка загрязнена маслом, жиром, пылью и т. д. Раковины и инор Земляные (песчаные) раковины. Открытые или скрытые полости с шероховатой поверхностью, запол- ненные формовочной.смесью Шлаковые раковины — полости, заполненные шлаковыми включениями Усадочные раковины — открытые или закрытые пустые полости с гру- бокристаллической поверхностью Газовые раковины — открытые или закрытые полости сферической или округленной формы с гладкой или блестящей или окисленной поверх- ностью Корольки — плотные и твердые металлические шари1£и в открытых или скрытых раковинах рхности отливки Слабое сцепление, трещины, поры и отскоки в эмалевом слое Трещины в отливке и в эмалевом слое, пузырьки и поры, откол эмали Отколы эмали Трещины, отколы и пузырьки в эмалевом покрытии Отскакивание или слабое сцепле- ние эмалевого слоя с металлом. Тре- щины в эмали То же Красные пятна в грунте после об- жига Пузырьки, поры, темные пятна и отскакивание эмали эдные включения На открытых раковинах появляют- ся пузырьки, поры и трещины, а ча- сто также отколы эмали. При закры- тых раковинах обычно появляются поры и пузыри То же Поры и пузырьки в эмалевом слое. Растрескивание изделия при обжиге То же
341
Продолжение табл. 45
Характеристика порока Влияние на качество покрытия
Трещины
Спай — сквозные или поверхно- стные щели с закругленными краями Сквозные трещины в эмалевом по- крытии. Вскип эмали на месте спая. Отскок эмали с краев щели
Холодные трещины — имеют чи- стую неокисленную или покрытую цветами побежалости поверхность Отскакивание эмали и трещины в эмалевом слое при пудровом эмали- ровании. Вскип и трещины при шли- керном эмалировании. Растрескива- ние изделий при обжиге
Горячие трещины бывают преиму- щественно на краях изделий, имеют окисленную поверхность темного, поч- ти черного цвета То же
Недостатки формы и конструкции
Разностенность — стенки изделий имеют различную толщину и резкие переходы от толстых к тонким. сече- ниям Трещины в отливке и в эмалевом покрытии. Коробление изделий./Не- равномерная оплавленность эмале- вого покрытия. Отскок эмали на утолщенных и вскип на тонких уча- стках при шликерном эмалировании
Коробление — изменение размеров и контуров отливки под влиянием усадочных напряжений Изделие допускается к эмалирова- нию в соответствии с допусками по ГОСТу
Выпуклые места с малым радиусом закругления Отскок эмали при пудровом эмали- ровании. Вскип или отскоки при шликерном эмалировании
Вогнутые поверхности с малым радиусом закругления Утолщение, трещины и разрывы в эмалевом слое
Пороки литья должны быть исправлены до передачи изделий
на эмалирование следующим образом.
Недостатки структуры можно устранить предварительным от-
жигом черных чугунных отливок. Термообработкой можно уда-
лить отбел, графитистые и ржавые места, а также загрязнения
отливок маслом, жиром и т. п. Пригар, плены, намывы, наросты
и тому подобные недостатки поверхности устраняют обрубкой и
обдиркой на абразивных кругах или на стальных щетках. Гладко
отшлифованные места должны быть обработаны напильником или
обдувкой крупнозернистым абразивом с острыми гранями.
После термообработки, а также после механических способов
устранения недостатков отливок, необходима тщательная, более
глубокая дробеструйная очистка изделий.
342
Ужимины, небольшие трещины, спаи и раковины исправляют
электрической или газовой заваркой с последующей зачисткой
мест исправления. Очень небольшие раковины заделывают па-
стой, составленной из чугунных опилок и грунта.
Большие трещины и трещины, появившиеся во время обжига
при эмалировании, исправлению не поддаются. Изделия с этими
пороками идут в переплавку. Недостатки конструкции и формы
изделий устраняются исправлением чертежей и моделей.
Подготовка поверхности
Для прочности сцепления эмалевого слоя с поверхностью чу-
гунной отливки изделие перед эмалированием должно быть тща-
тельно очищено. На большинстве заводов чугунные изделия
очищают при помощи дробеструйных, дробеметных или песко-
струйных установок. На изделие
2—5 ати струя дроби, песка или
смеси дроби с песком, которая
очищает поверхность от ржавчины,
окалины и других загрязнений и
придает ей необходимую для раз-
вития сцепления шероховатость.
Из различных систем дробе- и
пескоструйных аппаратов наиболь-
шее распространение получил
аппарат с гибким шлангом (рис.
120). Абразив из цилиндрического
сосуда 2 попадает через отвер-
стие 5 с запорной пробкой 6 во
фланец рукава 4. Отсюда он увле-
кается воздухом, подаваемым от
компрессора через кранЗ под опре-
деленным давлением и направляет-
ся по рукаву 7 к соплу 8, из кото-
рого выбрасывается с большой
направляется под давлением
Рис. 120. Дробеструйный аппарат
силой. Струю абразива направляют перпендикулярно или под
некоторым углом к обрабатываемой поверхности.
Подача дроби в аппарат механизирована, для чего под дробе-
струйной камерой в приемном котловане установлен шнек, кото-
рым подают дробь к элеватору и ссыпают (после просева) в пита-
тельный бункер с обратным клапаном 1.
Очистку производят стальной рубленой дробью диаметром
0,5—1,5 мм или чугунной дробью с острыми гранями диаметром
1,5—2,5 мм. Для изготовления чугунной дроби водяную или воз-
душную струю под давлением 2,5—5,0 ати направляют на тонкую
струю чугуна, вытекающего из вагранки. Дробь из стальной
проволоки хороша тем, что это единственный абразив, который
не внедряется в поверхность очищаемого металла [338]. Дробь
343
лучше применять более мелкую, так как в данном случае очистка
происходит не от удара дробинки, а шелушением (воздух мелкую
дробинку прижимает к изделию и царапает ею поверхность от-
ливки).
Расход дроби на очистку поверхности одной ванны после чер-
нового отжига составляет около 3 кг или 2,5—3,5 кг на 1 т литья.
От применения чистого песка в качестве абразива постепенно
отходят все заводы из-за опасности поражения силикозом людей,
занимающихся очисткой.
Кроме того, при очистке дробью поверхность отливок полу-
чается значительно более чистой, достигается большая производи-
тельность аппарата и меньшее образование пыли.
Иногда очистку производят смесью горного или речного квар-
цевого песка и дроби в отношении 67 : 33 или 95 : 5 [56], применяя
песок с размерами зерен 1,0—1,5 мм.
Давление воздуха и размер зерен абразива регулируют, при-
нимая во внимание толщину стенок изделий. При очистке изделий
с толщиной стенок до 3 мм давление воздуха не должно превышать
1,5—2,5 ати, причем крупность зерна составляет 1—1,5 мм. Чем
больше толщина стенок изделий, тем больше должны быть давле-
ние воздуха и крупность абразива. Продолжительность очистки
изделия зависит от давления воздуха, твердости и размера зерен
абразива и его строения, от степени загрязненности очищаемой
отливки, ее габаритов и конфигурации.
Сопла дробеструйных аппаратов чаще всего изготовляют из
чугуна. Работают такие сопла обычно в течение одной смены —
6—8 и. Иногда применяются стальные закаленные сопла, срок
службы которых не больше, чем чугунных. По литературным дан-
ным, сопла из специальной стали, покрытые изнутри карбидом
вольфрама или бора, работают без перебоев в течение нескольких
месяцев.
Материал сопла
Белый чугун..............
Победит..................
Карбид вольфрама . . . .
Карбид бора .............
Продолжительность
работы сопла в ч
5—6
250
800—900
2000
Расход воздуха зависит от давления в дробеструйном аппарате
и от диаметра сопла (рис. 121).
Для устранения образующейся пыли изделия очищают
в плотно закрытых дробеструйных камерах, изготовляемых из
листовой стали толщиной 8—10 мм. На некоторых крупных за-
водах с массовым серийным производством эмалированных изде-
лий дробеструйную обработку отливок производят автоматизи-
рованно в проходных дробеструйных камерах.
Для очистки крупногабаритных изделий выгоднее пользо-
ваться дробеметными установками, принцип действия которых
состоит в следующем. Дробь из сепаратора (рис. 122) дробемета
344
Через питатель 3 попадает во внутреннюю полость вращающегося
распределительного барабана 1. Под влиянием центробежной силы
она стремится вылететь через его прорези, однако этому препят-
ствует неподвижная распределительная втулка 2, окружающая
нагнетательный барабан. Втулка имеет только одно отверстие,
через которое выбрасывается дробь и попадает в межлопаточное
пространство вращающегося на валу 6 дробеметного колеса 5,
которое сообщает дроби необходимую скорость. Дробинки, под-
ДаБление, ати
Рис. 121. Расход воздуха в за-
висимости от давления и диа-
метра сопла
Рис. 122. Дробеметн'ый аппарат
хваченные лопатками 4, скользят по ним от центра к периферии,
постепенно увеличивая свою скорость и, достигнув края лопатки,
отрываются от нее, устремляясь расходящимся пучком на от-
ливку. Чистота поверхности отливки при дробеметном способе
очистки оказывается выше при гораздо меньшем расходе электро-
энергии, чем при дробеструйном.
Очищенные изделия необходимо эмалировать по возможности
скорее во избежание их загрязнения и ржавления. К очищенной
поверхности изделий можно прикасаться только руками в чистых
хлопчатобумажных перчатках или рукавицах. После дробеструй-
ной обработки перед эмалированием поверхность отливки обду-
вают сжатым воздухом.
2. САНИТАРНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ
Грунты и эмали
Грунты. Для эмалирования чугунных изделий применяют два
вида грунтов: плавленые и фриттование, отличающихся как по
составу, так и по способу изготовления.
345
Фриттование или спекание заключается в том, что смеси из
песка, буры, соды, полевого и плавикового шпатов нагревают
в течение недолгого времени до температуры 900—1000° С. Шихт-
ные материалы при этом проплавляются и реагируют между со-
бой, но неполностью, в результате чего в полученном спеке (фритг
тованном грунте) наряду со стекловидной фазой содержится
много непрореагировавших шихтных материалов. Фриттование
можно производить в муфельной, ванной или в горшковой печи.
При использовании муфельных печей шихту загружают в про-
тивни из листовой стали, предварительно обмазанные тонким
слоем глины, чтобы облегчить отделение спекшейся массы от сте-
нок. Противни с шихтой помещают в печь при температуре 850—
900° С и за 1—2 ч повышают температуру до 1000° С. После этого
массу выгружают, перемешивают стальным ломом и снова поме-
щают в печь на 1,5—1 ч.
На поверхности хорошо спеченного грунта появляется блеск,
масса легко протыкается стальным прутом. После спекания фритту
обливают водой, чтобы легче удалить ее из противня, и затем раз-
бивают на куски размерами 30—40 мм в поперечнике. Грунтовая
фритта считается хорошо приготовленной, если полученные куски
не рассыпаются и не содержат легко отделяемых свободных сырь-
евых материалов.
Спекание грунта в горшках производится таким же образом.
При фриттовании в эмалеплавильной ванной печи выпускное от-
верстие заменяют большим окном, через которое спекшуюся массу
выгружают гребками. В ванне с площадью пода 1,5X 1,5 м можно
одновременно спекать 200 кг шихты при 1000—1100° С в течение
2—2,5 ч. Во вращающихся печах осуществлять фриттование
нельзя, так как масса припекается к футеровке. Составы фрит-
тованных грунтов и материалы, добавляемые при их размоле,
приведены в табл. 46. При эмалировании пудровым способом изде-
лий санитарной техники чаще используют грунт 3; грунты 1, 2, 2а
применяют для чугунной посуды.
В основном заводы, изготовляющие эмалированные санитарно-
технические изделия, работают на плавленых грунтах. Эти грунты
варятся так же, как грунты для стали, в обычных вращающихся
эмалеварочных печах. В табл. 47 приведены химические составы
плавленых грунтов и указаны количества материалов, добавляе-
мых при помоле.
Грунтовый шликер по возможности скорее наносят на изделия,
так как при долгом хранении он загустевает и становится непри-
годным для работы. Параметры грунтовых шликеров подбирают
опытным путем в зависимости от метода нанесения грунта, его
легкоплавкости, температуры и времени обжига грунтовых изде-
лий. Удельный вес шликеров 1,45—1,55 г!см3, консистенция —
2,9—3,3 zldM2, тонина помола 15—25 ед. по прибору Лисенко.
Для пульверизации можно применять более тон кор азмолоты й
грунтовый шликер с меньшим удельным весом, но с большей кон-
346
Таблица 46
Состав шихт и шликеров фриттованных грунтов
и шихт шпаклевочных масс в вес. ч.
Материалы Грунты Шпаклевоч- ные массы
1 2 2а 3 69 70
Для фритт:
Песок 68,2 60,8 81,0 45,1 61,8 31,9
Полевой шпат 12,9 9,7 — 34,8 — —
Бура 36,5 46,2 28,1 29,8 47,5 81,5
Плавиковый шпат — 4,9 2,5 2,0 — 2,5
Сода — — 2,3 3,9 13,9 1,2
Окись цинка — — — — 5,1 —
Поташ — — — — — 1,3
Сумма . 117,6 121,6 113,9 115,6 128,3 119,1
Для шликеров:
Фритта грунта 100 100 100 100 — —
Глина 15—25 15—25 25 5—6 — .—
Бура 1,0-1,5 1,0—1,5 1,5 0,5—1,0 — —
Сода До 1,0 До 1,0 1,0 — — —
Песок 20—40 20—40 45 10 — —
систенцией. Для облива приготовляют шликер более крупного
помола и большего удельного веса, но более подвижный, с мень-
шей консистенцией.
Для заделки неровностей; небольших раковин и крупных ред-
ких пор в отливках применяются шпаклевочные массы, состав
которых приведен в табл. 48. Их готовят из фритты применяемого
на заводе грунта или из специальных фритт (69 и 70, табл. 46).
Эмали. Для ванн, моек, раковин, умывальников и других
изделий, эмалируемых пудровым способом, эмали должны быть
легкоплавкими и иметь после обжига ровную блестящую поверх-
ность. Легче всего это достигается введением в состав эмалей
большого количества борного ангидрида, окислов цинка, бария и
иногда свинца. Глушителями в этих эмалях являются чаще всего
соединения сурьмы и циркония, которые вводят в шихту. Для
улучшения глушения в некоторые эмали нередко добавляют при
помоле 1—2% особо тонкоизмельченной двуокиси олова или 2—4%
циркона.
347
Таблица 47
Химический состав (в вес. %) и раскладка материалов
при помоле (в вес. ч.) плавленых грунтов
Компоненты и материалы Грунты
8 8а 86 3 За
Компоненты:
SiO2 60,0 57—60 64,9 68,4 46,1
В2О3 19,2 19,2 11,8 12,3 34,7
А12О3 4,2 4,2—4,9 4,9 5,8 0,2
?е2О3 — 0,1—0,2 0,2 0,3 —.
СаО 3,0 3,0—3,1 3,1 1,8 3,5
Na2O 12,9 12,8—14,8 14,8 11,4/ 15,5
К2О 0,7 0—0,7 — — —
Со203 — 0—0,3 0,3 — —
МпО — . 0—0,5 — — —
Сумма 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
+ F (в вес ч.) 1,8 1,8 1,8 1,0 2,1
Материалы:
Фритта грунта 100 100 100 100 100
Глина 10—12 12—15 10—12 4,2 6,2
Бура кристаллическая 2,4 1,5—2,5 2,4 2,3 —
Сода кальцинированная — 1 — — 0,68
Песок молотый 64—100 80 64—100 39,2 —
Окись цинка — — — — 2,2
Циркон ' 4 — 4 — —
Нитрит натрия — 0,1 — — —
Циркониевые эмали вполне удовлетворительны по белизне
и технологическим свойствам, но недостаточно устойчивы к кисло-
там и действию падающих капель воды. Титановые кислото- и
Таблица 48
Составы шпаклевочных масс в вес. ч.
Материалы Грунты
3 8а 69 и 70
Фритта 100 100 100
Песок кварцевый 321 231 243
Глина 17 27 17
Нитрит натрия — — 0,34
щелочеустоичивые пудровые
эмали [339] выдерживают испы-
тание каплями воды. Однако
для сохранения высоких фото-
метрических показателей в ус-
ловиях нанесения пудровым
способом составы этих эмалей1
должны несколько отличаться
от титановых эмалей для шли-
керного способа.
При эмалировании ванн при-
меняют два вида эмалей — для
348
покрытия дна и боковых стенок ванн с меньшим значением к. т. р.
и для покрытия бортов ванн с большим к. т. р. Применение двух
видов эмалей обусловлено тем, что напряжения, возникающие
в эмалевом слое, на вогнутой поверхности меньше, чем на выпук-
лой.
Практика показала, что небольшие изменения в составе или
структуре чугуна, вызывающие изменение его к. т. р., легко при-
водят к появлению сколов или трещин в эмалевом покрытии.
Для борьбы с этими пороками на отечественных заводах приме-
няют смеси двух эмалей с различными к. т. р. Соотношение эма-
лей в смесях для опудривания устанавливают опытным путем и
корректируют в зависимости от изменения к. т. р. чугунной от-
ливки.
Химический состав и некоторые свойства пудровых эмалей
приведены в табл. 49.
В основном для изделий санитарной техники используют раз-
личные варианты эмалей 63в и 64в (МРТУ 21-28—67) и цирконие-
вые эмали 321 и 345, разработанные в Научно-исследовательском
институте санитарной техники [340]. На некоторых заводах для
ванн применяют многоборные эмали 1 и 2. Эмаль 3 предложена
в патенте [339] как типовая из десяти составов титановых пудровых
эмалей. Согласно патенту, эти эмали дают белое блестящее покры-
тие с повышенной химической устойчивостью и коэффициентом
отражения 95% при толщине слоя около 0,9 мм.
Эмали 1р, 2р и 5р применяют для опудривания раковин и моек.
Эмали для ванн 63в/64в и 345/321 перед напылением смешивают
в весовых отношениях от 3 : 2 до 2 : 3, эмали 71/72 — в отношении
3 : 1 или 4:1.
Обычно несколько изменяют составы рекомендованных эма-
лей в зависимости от принятых на заводе технологических пара-
метров и изменений структуры и свойств чугуна. При этом изме-
ненная по составу эмаль существует под первоначальным номе-
ром. Такие же изменения в процессе производства часто претер-
певают составы грунтов.
Бортовые эмали по коэффициенту расширения должны пре-
восходить эмали на 7-10~7—10-10-7. На отечественных заводах
применяют малоборные и безборные бортовые эмали (табл. 49).
Для опудривания бортов готовят смеси этих эмалей в соотношении
4 : 1 (эмаль 232/201) или 2 : 3 (эмаль 43/Р-1).
Эмали для медицинских ванн должны обладать большей хими-
ческой устойчивостью, чем эмали для обычных ванн. Поэтому
они содержат повышенные количества кремнезема за счет умень-
шения борного ангидрида (табл. 49).
Помол пудровых эмалей осуществляется в вибромельницах
до такой тонины, чтобы остаток на сите № 018 не превышал 3%.
Эмалевую пудру необходимо хорошо высушить и хранить в су-
хом помещении, так как она обладает гигроскопичностью и ком-
куется, засоряя сито при опудривании. Доставка пудры в цехи
349
Химический состав (в вес. %) и ие
Компоненты Для
внутренние эмали
1 2 3 63в 64в 321
SiO2 41,5 46,0 43,0 45,3 41,6 32,0
ZrO2 — — — — — 16,9
TiO2 — - Г 22,0 — — —
в, Оз 19,9 15,7 15,0 9,0 7,7 5,0
А12О8 4,3 4,8 1,0 1.1 2,5 2,5
Sb2O3 7,3 6,5 — 10,0 9,5 —
Fe2O3 — — — — — 0,4
СаО 7,6 3,2 — 3,5 3,4 7,4
Ва О — — — 4,6 4,4 4,7
ZnO — 3,2 — 11,5 11,0 15,4
MgO — — 1,0 — — —
РзО5 — — 2,0 — — —
As2O6 — — 1,0 — — —
Li2O — — 1,0 — — —
КзО — — 8,0 — — .. —
Na2O 19,4 20,6 6,0 15,0 19,9 15,7
Сумма 100 100 100 100 100 100
+ F (в вес. ч.) 5,6 7,8 — 6,1 6,2 8,5
Растекаемость:
по МРТУ 21-28 — 67 в мм — — — 41 53 45
по Локшину в мм 60 60 — 8 —
К. т. р. 3 а .10’ .град-1
по Аппену 330 345 251 344 307
измеренный — — — 292 337 345
Коэффициент диффузного отражения В % 78 80 95 82 80 —
должна производиться в бумажных мешках, изготовленных из
бумаги типа «крафт», вложенных в джутовые мешки. Категори-
чески запрещается хранение пудры в открытых оцинкованных
или деревянных ларях, так как она может загрязняться от исти-
рания материала стенок емкостей. Лучше всего защитить стенку
и крышки ларей для хранения эмалевой пудры эмалированными
листами.
Эмали для шликерного способа эмалирования чугунных изде-
лий отличаются от эмалей для стали несколько более строгим соот-
ветствием к. т. р. эмали к. т. р. чугуна.
Раньше для покрытия кухонной посуды широко применяли
сурьмяные эмали; химический состав некоторых из них приведен
350
Таблица 49
которые свойства пудровых эмалей
обычных ванн Для меди- цинских ванн Для раковин
бортовые эмали и моек
345 2016 232 43 Р-1 71 72 5м 1р 2р 5р
29,6 16,2 5,2 6,6 0,4 7,4 4,0 13,1 17,0 51,7 5,3 6,1 5,5 31,4 50,4 1,4 6,8 5,5 1,7 15,0 19,2 52,0 1,5 6,7 4,9 5,2 13,1 16,6 44,8 7,8 5,1 5,5 5,2 6,3 25,3 44,0 8,2 4,5 6,7 3,1 6,5 9,9 17,1 39,3 8,2 4,2 6,9 4,2 6,5 10,0 20,7 51,8 3,5 3,0 7,2 5,5 3,0 5,0 21,0 54,1 4,6 3,5 5,0 4,7 2,5 5,0 19,6 54,8 3,8 3,5 7,5 4,8 5,2 20,3 53,2 3,7 3,5 7,3 4,0 3,0 5,1 19,4
100 7,9 49 318 315 100 7,6 44 483 412 78 100 6,1 34 367 330 78 100 7,6 58 36 351 300 78 100 6,4 63 408 339 77 100 8,2 4 3 100 8,5 1.5 44 77 100 5,1 36 372 76 100 5,1 347 100 5,5 357 100 4,7 353
в табл. 50 (эмали 1, 2, 3). Для придания более высокой заглушен-
ности эмалевому покрытию сурьмяные эмали обычно смеши-
вали; например, эмаль 1 или 2 смешивали с эмалью 3 в отношении
от 2 : 1 до 1 : 2 в зависимости от конфигурации изделий, эмали 4
и 5 —- в отношении от 1 : 3 до 1 : 1. Но при длительной обработке
сурьмяных эмалевых покрытий 4-процентным раствором уксус-
ной кислоты выщелачиваются небольшие количества вредных
для здоровья соединений сурьмы, поэтому в настоящее время для
покрытия посуды применяются эмали, в которые в качестве ос-
новного глушителя вводят соединения олова, циркония или ти-
тана. При использовании циркониевых (эмали 4; 5) или фтористых
эмалей (эмали 6; 7) при недостаточной заглушенности эмалевого
351
Таблица 50’
Химические составы эмалей (в вес. %) для шликерного способа эмалирования чугунных изделий
Компоненты Сурьмяные Цирконие- вые Фтористые Титановые Наружные
1 2 3 4 5 6 7 8 , 9 10 и 12
SiO2 59,4 60,0 63,4 57,0 60,0 52,2 52,9 48,8 42,0 56,1 54,1 57,0
ТЮ2 — — — — — — — 12,0 17,1 — 2,0 2,0
ZrO2 — . — — 3,0 2,6 — -Г- — — — 2,0 ' 2,0
Щ03 4,3 4,8 5,3 7,5 6,8 7,6 4,2 11,4 14,0 6,9 6,9 3,0
А12О3 6,3 6,2 3,5 7,4 7,3 15,3 4,7 9,2 3,6 10,0 S,0 7,0
Sb2O3 4,1 4,1 4,2 — — — — — — — —
CaO 5,2 5,2 7,0 5,1 4,6 — 6,6 — — 2,0 2,0 3,0
ZnO — — — — — 10,2 — — 3,0 3,0 3,0
MgO — — — — —- — — — 1,0 — — —
P2O5 — — — — — — — — 3,0 — — —
Na2O 20,7 19,7 16,8 20,0 18,7 24,9 21,4 18,6 13,0 22,0 22,0 22,0
K2O — — — — — — — — 6,0 —• — 2,0
Сумма 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
+ F (в вес. ч.) 5,3 5,3 6,9 7,1 6,6 9,6 4,3 9,0 8,0 10,9 10,9 10,0
+ CoO — — — — •— — — — — 0,5—1,0
слоя вводят при помоле или 3—5% циркона (эмаль 6), или 10—
12% двуокиси титана; реже эмаль наносят двумя слоями.
Наиболее удобны для одноразового покрытия посудных изде-
лий титановые эмали, обладающие высокой степенью заглушен-
ности (эмали 8, 9).
Цветные эмали для наружных покрытий посуды получают так
же, как и для стальных, введением пигментов в шликер при по-
моле или введением красителей в шихту на варку. Химические
составы глазурей, идущих на приготовление цветных эмалей, и
цветной эмали, окрашенной при варке, также приведены в табл. 50
(эмали 9, 10, II). Эмаль 7 может быть тоже использована для полу-
чения цветного покрытия введением в шликер вместо двуокиси
титана соответствующего количества пигмента.
Для получения более ярких покрытий и более чистых и кра-
сивых тонов некоторые авторы предлагают применять под цвет-
ные эмали белый блестящий грунт, а белые эмали особых составов
наносить на изделие без грунта [341].
Эмалирование ванн
Различают два вида ванн: обычные и медицинские. Первые
устанавливаются в жилых домах, гостиницах, банях; медицин-
ские применяются в лечебных заведениях для пользования лечеб-
ными растворами, минеральными водами и т. д. По форме ванны
бывают круглобортные, свободно устанавливаемые возле стен
ванной комнаты, и прямобортные, которые одним, двумя или
тремя бортами заделывают в стене ванной комнаты. Со свободных
сторон прямобортные ванны часто облицовывают кафельными
плитками. Изготовляют также ванны, предназначенные для купа-
ния в сидячем положении, детские ванны и ванны с отлитыми или
приставными панелями. В Советском Союзе чугунные эмалиро-
ванные ванны изготовляют по ГОСТу 1154—66.
Эмалирование ванн пудровым, (сухим) способом производится
по следующей технологии. Очищенные в литейном цехе ванны до-
ставляют в эмалировочный цех, предохранив их от атмосферных
осадков и пыли, а также сильных толчков и ударов, в пути. Лучше
всего для этой цели применять подвесной цепной конвейер, иду-
щий через отделение мойки и грунтовки. Для хранения избыточ-
ного количества черных очищенных ванн в эмалировочном цехе
должно быть отведено чистое и сухое помещение под промежу-
точный склад, где ванны устанавливают стопками, одна в другую
в вертикальном положении.
В отделении мойки и грунтовки ванну промывают струей воды
и волосяными щетками и тщательно осматривают всю поверхность,
подвергаемую эмалированию. Мелкие неровности поверхности
удаляют при помощи зубил и наждачных камней, а глубокие поры
или мелкие небольшие раковины и углубления заделывают шпа-
клевочной массой. Производят также легкую шпаклевку бортов
23 В, В. Варгин 353
ванны. Мелкие сквозные отверстия (не более 3—4 мм в диаметре)
можно заделать специальной замазкой (смесью чугунных опилок
со шпаклевочной массой), которая должна быть возможно более
плотно запрессована в отверстии. Иначе неизбежно появление
пор и пузырьков в эмалевом слое, так как оставшиеся в замазке
воздух и влага вспучивают размягченный слой эмали во время
обжига изделий.
На некоторых заводах ванны после дробеструйной очистки
по транспортеру в подвешенном виде проходят через моечные
машины, где их промывают от остатков абразива струями слабо-
щелочных растворов под давлением. Для рециркуляции растворов
используют системы фильтров, насосов, теплообменников [342].
Затем разведенным грунтовым шликером при помощи волося-
ных щеток протирают наружные стенкн ванны, а свежеприготов-
ленным грунтовым шликером обливают сначала борт ванны, за-
тем последовательно ее стенки и дно. Для ровного распределения
грунтового слоя по всей поверхности ванны стенки последней
обстукивают легким деревянным молотком. Излишек шликера
удаляют щеткой и сливают через сливное отверстие ванны.
Важную роль играет толщина грунтового слоя, которая зави-
сит от тонины помола, консистенции и удельного веса шликера и
должна быть’установлена опытным путем. Слишком тонкий слой
грунта быстро ошлаковывается или, как говорят, «сгорает», что
приводит к ослаблению сцепления эмалевого покрытия с металлом.
Расход грунта на одну ванну в среднем составляет около 0,6—
0,8 кг грунтовой фритты.
На некоторых заводах шликер наносят пульверизатором в спе-
циальных кабинах, в которых устанавливается механический вра-
щатель, аналогичный описанному ниже станку-вертелке. Ванну
можно поворачивать как в горизонтальном, так и в наклонном
положении.
Иногда используют полуавтоматические устройства для нане-
сения грунтового шликера обливом. В этом случае необходимо
особенно тщательно поддерживать постоянство параметров шли-
кера.
Покрытую грунтовым шликером ванну по конвейеру направ-
ляют в1 сушило. Для сушки ванн применяют туннельные проход-
ные сушила, в которых поддерживается температура 180—250° С.
Пятиминутное пребывание ванн в таком сушиле обеспечивает
хорошее просыхание грунтового покрытия. Для нагрева часто
используют природный газ, причем иногда газовые горелки уста-
навливают прямо в сушиле, и ванны сушатся непосредственно
при открытом пламени.
Высушенные загрунтованные ванны обжигают в печах при
температуре 920—960° С до появления слабого блеска грунта.
Продолжительность обжига зависит от веса ванны, температуры
в печи и мощности нагревателей. Обжиг ванны при температуре
свыше 960° С приводит к пережогу грунта, короблению стенок и
354
бортов изделий. При пережоге грунт слабо сцепляется с металлом,
и эмалевый слой легко отскакивает. Недостаточный обжиг грунта
приводит к появлению пор и пузырей в эмалевом, слое.
Ванну с обожженным грунтом вынимают из печи и быстро уста-
навливают в короб механического вращателя камеры опудрива-
ния (рис. 123). Электрическим или пневматическим приводом вра-
щатель поворачивает ванну в горизонтальной плоскости и придает
ей необходимый наклон. Вращателем управляет рабочий, осу-
ществляющий опудривание при помощи ножных педалей или кно-
почного пульта управления, расположенного на рукоятках сит.
На поверхность раскаленной загрунтованной ванны при помощи
Рис. 123. Электрический вращатель
пневматических или электрических вибрационных сит, укреплен-
ных на длинных стальных трубках, наносят первый слой эмалевой
пудры. Один рабочий опудривает внутреннюю поверхность ванны,
а другой одновременно покрывает эмалью борта. Попадая на рас-
каленные стенки и борта ванны, эмаль размягчается и пристает
к их поверхности. По истечении 1,5—2 мин ванна остывает на-
столько, что прилипание пудры к стенкам прекращается. Тогда
ванну устанавливают в горизонтальном положении, припудри-
вают слегка дно и загружают в печь для обжига нанесенного слоя
эмали. Операцию опудривания обычно производят 2—3 раза, при-
чем в третий раз иногда борта уже не опудривают, так как меха-
ническая прочность эмалевого слоя на бортах любых изделий
заметно уменьшается с увеличением толщины эмалевого слоя.
Перед нанесением третьего слоя необходимо наклонить ванну
и при ее вращении осмотреть эмалированную поверхность. Обна-
руженные дефекты надо устранить металлической оправкой.
После окончательного обжига ванну тщательно осматривают
в раскаленном состоянии для выявления засоров, дыр, пузырей и
других пороков. Места пороков при необходимости заглаживают
или прижимают металлической оправкой, снова припудривают и
23* 355
обжигают. Кроме того, с наружной стороны бортов и сливного
отверстия удаляют натеки эмали специальным ножом для обрезки
наплывов.
Расход пудры зависит от размеров и конфигурации ванн, от
степени заглушенности эмали, ее растекаемости и толщины эма-
левого слоя. Общий расход эмалевой пудры на одну ванну состав-
ляет 10—-12 кг, причем 5—6 кг расходуют при первом опудрива-
нии, 3—4 кг — при втором и 1,5—2 кг — при третьем.
Толщина слоя эмали на ваннах не должна быть более 1—1,2 мм.
Время, необходимое для эмалирования одной ванны, зависит от
ее размеров, температуры обжига, растекаемости, тонкости по-
мола грунта и эмали и количества операций опудривания. При
одновременном обжиге в одной печи двух ванн (одной грунтован-
ной и одной эмалируемой) время эмалирования колеблется в пре-
делах 12—13 мин. Операции обжига грунта и эмалирования про-
водят в такой последовательности. Грунтованную ваниу загру-
жают в самую глубину печи и обжигают около 12 мин. Затем
обожженную грунтованную ванну вынимают из печи, ставят в ка-
меру опудривания и на ее место загружают новую грунтованную
ванну, которая находится в печи все время, пока опудривают
первую ванну. Обжиг ванны после напудривания слоя эмали про-
изводят в передней части печи. Достоинства одновременного об-
жига грунта и эмали в одной печи очевидны. Производительность
Таблица 51
Продолжительность операций при обжиге двух ванн в одной печи
Операции Время в сек
Выгрузка ванны из печи и установка на вращатель 15
Загрузка грунтованной ванны в печь 15
Первое опудривание НО
Загрузка в печь 15
Обжиг после первого опудривания 120
Выгрузка и установка в камеру опудривания 15
Второе опудривание НО
Загрузка в печь 15
Второй обжиг 90
Выгрузка и установка в камеру опудривания 15
Третье опудривание 80
Загрузка в печь 15
Третий обжиг 75
Выгрузка из печи и осмотр готовой ванны 40
Всего 12 мин 10 сек,
356
при этом по сравнению с раздельным обжигом повышается
с 3 до 4,5 ванн в час. ,
Продолжительность операций по эмалированию ванн при-
ведена в табл. 51.
Таким образом, выпуск на одной печи составляет 100—НО
ванн в сутки при трехкратном опудривании. Производительность
печей повышается при применении легкоплавких сильно заглу-
шенных эмалей, когда можно ограничиться двукратным опудри-
ванием и сократить время обжига нанесенных слоев эмали. Прак-
тика показала, что при работе на легкоплавких, главным образом
многоборных эмалях значительно увеличивается выход изделий
первого сорта. Участок эмалирования ванн изображен на рис. 124.
Безмуфельная газовая печь 1 обслуживается электрической поса-
дочной машиной 5 и механическим вращателем 3. Камера для опуд-
ривания снабжена зонтом 4, который может подниматься и опус-
каться. Зонт имеет закрытое стеклом окно и отверстие для вибро-
сит 6 и сообщается с пылеуловительной камерой. Такое устройство
защищает рабочих от теплового воздействия раскаленной ванны и
обеспечивает улавливание эмалевой пыли. Управление всеми меха-
низмами осуществляется с пульта управления 2.
Процесс нанесения пудры до сих пор не удается полностью
механизировать.
По патенту [343] в отличие от существующего способа опудри-
вания ванн сверху предлагается распылять пудру, вводя внутрь
ванны, расположенной вверх дном, распыляющее устройство
снизу. В этом случае покрытые грунтом ванны подвешивают
вверх дном на подвески конвейера, который идет в туннельную
печь обжига грунта. По выходе из печи, внутрь раскаленной ванны
снизу вводят на трубчатом полом штоке-питателе с червячной по-
дачей пудры вращающуюся турбинку со спирально расположен-
357
ними лопастями. Пудра выбрасывается на дно и боковые стенки
ванны, которая в это время автоматически покачивается и пово-
рачивается на подвесках, чем достигается равномерное распреде-
ление пудры по поверхности. Далее тем же конвейером ванна
вводится в печь обжига эмали. По выходе из нее операцию опудри-
вания повторяют, после чего ванна поступает в печь окончатель-
ного обжига.
По другому патенту [3441 нанесение пудры осуществляется
следующим образом. После обжига грунта' ванна помещается
в камеру опудривания и закрепляется в наклонном положении.
С помощью гидравлического двигателя и системы шестерен ванна
поворачивается вокруг оси, проходящей перпендикулярно дну
ванны через его центр. Сито с эмалевой пудрой имеет форму рав-
нобедренного треугольника с вершиной, расположенной над
центром ванны, и основанием, параллельным краям ванны. Ско-
рость вращения ванны отрегулирована так, что участки поверх-
ности всей ванны проходят под ситом с пудрой в течение рав-
ных промежутков времени, так что покрытие получается равно-
мерным.
Электрическая посадочная машина (рис. 125) представляет
собой двухосную тележку 18, передвигающуюся по рельсам пер-
пендикулярно печи. Механизм передвижения состоит из электро-
двигателя 21, упругой муфты 20, редуктора 19, звездочки 22, цеп-
ной передачи 17, муфты 23 и цепной передачи 12, передающих
движение колесам 11. Ванна захватывается вилкой 6.
Механизм подъема и опускания ванны состоит из электро-
двигателя 16, упругой муфты 15, редуктора 13, канатного бара-
бана 10, стального каната 25, передающих движение на верхнее
плечо параллелограмма 5, качающегося на опорах 4 и вращаю-,
щегося в горизонтальной плоскости. Подъем параллелограмма 5
с вилкой 6 вверх ограничивается конечным выключателем 3.
Механизм поворота состоит из электродвигателя 7, передаю-
щего движение через упругую муфту 8 на червячный вал и чер-
вячное колесо 9 редуктора, связанного с кронштейном, на кото-
ром крепятся опоры 4 параллелограмма 5.
Торможение механизмов производится электромагнитными ко-
лодочными тормозами 14. Электроэнергия подводится к машине
при помощи гибкого кабеля 1 через токоразборную коробку 2.
Мощность электродвигателей 4,4 кет.
Машину обслуживает один рабочий; управление осуще-
ствляется с помощью кнопочного устройства с пульта управле-
ния 24.
Печь для обжига ванн должна иметь габариты, обеспечива-
ющие равномерный нагрев всех частей ванны. При недостаточной
ширине и высоте печи неизбежен пережог грунта, в первую оче-
редь на бортах ванн. Минимальное расстояние от изделия до
стенок муфеля или нагревательных элементов должно быть 200—
300 мм, а расстояние от заслонки до ванны не менее 400 мм,
358
1250
Рис. 125. Посадочная машина
Безмуфельный обжиг ванн в камерных газовых печах проис-
ходит более равномерно, повышается производительность печи
при значительной экономии топлива.
При обжиге грунта в конвейерных печах в открытом пламени
рекомендуется применять принудительную циркуляцию продуктов
сгорания навстречу потоку обжигаемых изделий [342]. Благодаря
постепенному нагреву изделий более равномерно снимаются на-
пряжения, чугун не деформируется, не дает разрывов и трещин,
структура его более постоянна. Выделение газов происходит
в течение более длительного времени, чем при обжиге в камерных
печах, что впоследствии приводит к получению плотного эмале-
вого слоя без пузырей и пор.
На обжиг одной ванны при работе на электрических печах
при посадке одной ванны в печь расходуется 65—80 квпг-ч элек-
троэнергии, а при работе на газовых камерных печах — около
30 кг условного топлива.
Эмалированные ванны сортируют в соответствии с ГОСТом
1154—66 на ванны первого,второго и третьего сортов, затем отправ-
ляют на склад готовой продукции, где их выдерживают в течение
5—7 дней, так как некоторые виды брака (трещины, сколы, рыбья
чешуя) появляются иногда только после длительной выдержки.
После выдержки ванны снова осматривают, окрашивают наруж-
ную поверхность их водоустойчивой краской, упаковывают
в деревянные рамы и отправляют потребителю.
Ванны, имеющие брак по литью, например лопнувшие или
покоробленные, направляют в литейный пех для переплавки.
Дефекты в эмалевом слое можно исправлять только в том случае,
если ванна еще не остыла ниже 500—600° С. Иначе ванну пол-
ностью реэмалируют после удаления эмалевого покрытия.
Схема цеха эмалирования ванн
На рис. 126 в качестве примера приведен один из вариантов
схемы производства чугунных эмалированных ванн, рассчитан-
ного на выпуск 225 тыс. шт. в год (вес одной ванны 120 кг).
Отливки поступают в эмалировочный цех из очистного отделе-
ния литейного цеха, находящегося в другом здании. В эмалиро-
вочном цехе отливки, движущиеся на подвесках цепного кон-
вейера 1 в вертикальном положении, при помощи автоматического
устройства 2' перевешивают на подвески другого конвейера 15.
Отливки на подвесках конвейера 15 находятся уже в горизонталь-
ном положении. Скорость конвейера равна примерно 1,6 м!мин.
Изделия на подвесках проходят через участки мойки (камеру
автоматической промывки 3), нанесения грунта (камеру распыле-
ния 4) и сушило 5, обогреваемое электрическим калорифером.
Визуальный осмотр ванн и все технологические операции вы-
полняют на конвейере при освещении люминесцентными лампами.
Изделия с высушенным грунтовым слоем поступают на .участок
360
Рис. 126. Схема про-
изводства чугунных
эмалированных ванн:
27
25
8 Г1/2
8 °'2
1
# 012
8 Of?
Л2?
25
Высота мания ® затяжек ферм 8 м
Краскозаго-
тИитемная
□ /2
8 СИ2
8 0(2
8 п''2
•8 O’l
cP-
з
801!
/—отделение эмалирова-
ния; // — промежуточ-
ный склад; III — окра-
сочное отделение; IV —
9MaJlQnORVOTOKWrQJlbY,Ve
отделение (на 3100 т/году,
V — упаковочное отделе-
ние; VI — лаборатория.
1 — цепной подвесной
конвейер для транспор-
тировки отливок ванн из
очистного отделения; 2—
устройство для автомати-
ческого перевешивания
ванн с одного конвейера
на другой; 3 — моечная
камера автоматического
.действия; 4 — распыли-
тельная камера для грун-
тов; 5 — сушило конвек-
ционное с электрическим
калорифером; б—-подъем-
но-поворотное устройство
для автоматического
съема ванн с подвесок
конвейера; 7 — консоль-
ный рольганг для пере-
мещения ванн; 8 — поса-
дочная машина для об-
жига ванн; 9—камерная
электрическая печь мощ-
ностью 300 кет с произ-
водительностью обжига 3 ванны в час; 10— распылительная камера с электровращателем для, напудривания эмали на ванны; 11 — пылеуло-
вительная камера для отходов эмали; 12 —-стенд автоматического управления; 13—консольный рольганг для перемещения ванн на подъемно-
поворотное устройство; 14 — подъемно-поворотное устройство для навешивания ванн на подвески конвейера; 15 — подвесной цепной кон-
вейер (скорость около 1,6 м/мин)', 16 — приспособление для съема ванн с конвейера на промежуточном складе (с рольгангом); 17—подвесной
цепной конвейер окрасочного отделения; 18 —приспособление для навешивания ванн в вертикальном положении (пневматическое); /9—ка-
мера для окраски наружной стороны ванн в электрополе; 20 — емкость для окрашивания ножек ванн; 21 — терморадиационное электри-
ческое сушило; 22 — пневматическое приспособление для съема ванн после окраски; 23 — стенд для упаковки ванн; 24 — тельфер с мо-
норельсом для транспортировки тары; 25 — рольганг для передачи упакованных изделий на склад; 26 — стенд для испытания изделий
(с приборами); 27 — стенд для реэмалирования ванн (при помощи вольтовой дуги); 28 —агрегат для подготовки пудровых эмалей (состоит
из пневматической сушильной трубы, циклона-сепаратора, пылеуловителя, смесителя), производительностью 250 кг/ч\ 29 — шаровые мель-
ницы мокрого помола на 500 кг фрнтты; 30 — установка для переработки отходов эмали (отстойники); 31 — бункера для гранулированных
эмалей
печей для обжига, где при помощи подъемно-поворотного устрой-
ства 6 их автоматически снимают с конвейера и перемещают
на консольный' наклонный рольганг 7, с которого захватами
посадочной машины 8 они загружаются в электрическую камерную
печь 9. Загрузка и выгрузка изделий из печи осуществляются
автоматически. Опудривание эмалью отливок, нагретых в печи,
производится в закрытых камерах 10 при применении электри-
ческих вращателей и пневматических сит. После трехкратного
опудривания с последующим обжигом изделия посадочной ма-
шиной передаются на приспособления для загрузки конвейера —
консольный рольганг 13 и подъемно-поворотное устройство 14.
Эмалированные отливки -на подвесках цепного подвесного
конвейера 15 поступают в промежуточный склад II эмалировоч-
ного цеха, где их выдерживают 7 суток. После выдержки и окон-
чательной сортировки ванны навешивают на конвейер 17 окрасоч-
ного отделения III. 13 окрасочном отделении ванны по конвейеру
поступают в камеру электроокраски 19, где окрашивается наруж-
ная сторона, а затем в терморадиационное электрическое су-
шило 21. Сухие окрашенные изделия на конвейере поступают
в упаковочное отделение склада V, где автоматически снимаются
пневматическими приспособлениями 22.
Упакованные изделия тельфером 24 по монорельсу передаются
в неотапливаемый склад для отгрузки. Складирование изделий
и отгрузка в вагоны осуществляются электропогрузчиками.
Эмали — пудровые для сухого эмалирования и фритты с соот-
ветствующими добавками для мокрого помола — поступают в цех
в готовом виде. В отделении подготовки эмалей IV сухие пудровые
эмали обрабатывают в специальном агрегате 28 с пневматической
подсушкой и сепарацией, затем они поступают в смесители. В сме-
сителях различные составы пудровых эмалей смешиваются в за-
висимости от свойств чугуна эмалируемых отливок. Эмали для
грунтовых покрытий размалывают мокрым способом в двух мель-
ницах 29 емкостью по 500 кг. Отходы эмали после опудривания
улавливаются в камерах 11, из которых они возвращаются в от-
деление подготовки эмалей для вторичного использования. От-
ходы грунта проходят гидроочистку в специальных отстойниках 30
для последующего применения.
Эмалирование раковин, моек
и других санитарно-технических изделий
Эмалирование санитарно-технических изделий средних раз-
меров производится как сухим, так и мокрым способом. Изредка
применяют так называемый комбинированный способ.
Эмалирование пудровым способом производится в основном
так, же, как и эмалирование ванн. В отличие от последних, эти
изделия обжигают по нескольку штук в одной печи сразу, что
дает значительную экономию топлива и повышает производитель-
362,
ность печей. На рис. 127 приведена схема последовательности опе-
раций обжига раковин или моек. В начале работы в печь на места 1
и 2 загружают два изделия А и Б с сухим грунтовым покрытием.
После обжига грунта вынимают изделие А и устанавливают в ка-
меру опудривания, а на его место помещают третье загрунтованное
изделие В. Изделие А после опудривания ставят на место 3 и вы-
гружают изделие Б для опудривания, установив на его место 2
четвертое изделие Г. Изделие Б после напыления ставят на место 4.
После обжига последнего слоя изделий А и Б цикл операций по-
вторяется.
Рис. 127. Схема последовательности загрузки раковин в печь
для обжига
Существует патент [345 ] на механизированную установку для
сухого эмалирования санитарно-технических изделий сложной
конфигурации (раковин, ванн, моек). После обжига грунта горя-
чее изделие устанавливают на поворотное приспособление, на-
ходящееся в присоединенной к печи закрытой камере. Темпера-
тура в камере поддерживается около 300° С, так что изделия
в ней долго не остывают. Поворотный механизм сообщает изделию
вращательные движения. На горячие изделия из основного и
дополнительного вибрирующих питателей насеивается эмалевая
пудра. Направление и толщину струй пудры регулируют при
одновременном изменении положения изделия под питателями.
Вся установка полностью исключает применение ручного.труда.
Эмалирование съемных спинок раковин, плит для операцион-
ных столов и других плоских изделий связано с некоторыми
трудностями, так как они склонны к короблению во время обжига.
Для борьбы с короблением на плоских изделиях делают утол-
щения по краям и середине, называемые ребрами жесткости.
Для обжига их применяют подставки определенных конструкций,
препятствующие прогибу. Кроме того, для плоских изделий реко-
мендуется применять наиболее легкоплавкие и сильно заглу-
шенные эмали, чтобы можно было ограничиться одноразовым
363
• опудриванием и невысокой температурой обжига. Иногда к этим
изделиям применяют метод холодного опудривания, который со-
стоит в том, что обожженную загрунтованную поверхность изделия
смачивают водой или покрывают очень тонким слоем шликера
легкоплавкой эмали, на который напыляют эмалевую пудру.
Затем изделие сушат и обжигают. Эмаль для этого способа эмали-
рования должна быть очень легкоплавкой и хорошо заглушенной.
Комбинированный способ эмалирования заключается в том,
что нанесенный на загрунтованное изделие слой эмалевого шли-
кера слегка подсушивают, на него напудривают тонкий слой эма-
левой пудры, окончательно высушивают и обжигают. По другому
способу шликерный слой эмали высушивают и обжигают, и раска-
ленное изделие покрывают тонким слоем пудры.
Применяемые для комбинированного покрытия эмали должны
быть или близкими по составу, или по крайней мере обладать
одинаковой плавкостью. Эмалевый слой при этом обычно полу-
чается гладким и сильно блестящим. Если пудровая эмаль будет
значительно более легкоплавкой, чем шликерная, то в эмалевом
слое могут появиться пузыри и поры, так как расплавившийся
верхний слой эмали будет препятствовать выходу газов, образу-
ющихся во время обжига в шликерном слое.
Выпуклые поверхности с малыми радиусами закругления при
комбинированном способе обычно не припудривают для того,
чтобы получить более тонкое, а следовательно, и более эластичное
покрытие.
Эмалирование изделий шликерным способом мало чем отли-
чается от способа эмалирования стальных изделий (гл. IV) и
производится в основном так же, как и эмалирование чугунной
кухонной посуды.
При эмалировании санитарно-технических изделий покрывают
большие поверхности, вследствие чего не удается однократным
покрытием получить ровный и плотный слой эмали, как при эма-
лировании посуды. Такие изделия приходится покрывать два раза.
Для второго покрытия пользуются более легкоплавкой и хорошо
заглушенной блестящей эмалью, которую наносят более тонким
слоем, чем в первый раз. Серьезное внимание следует обращать на
полную просушку второго слоя эмалевого шликера перед обжи-
гом, так как в первом слое эмали могут быть поры, через которые
из шликера второго слоя эмали в грунт проникает вода. Вследствие
пористости грунтового покрытия вода распространяется под слоем
эмали. Если во время сушки не полностью удалить воду, то при
обжиге второго слоя она превращается в пар и вспучивает размяг-
ченную эмаль, образуя вздутия — пузыри. Изделия, покрытые
вторым слоем эмали, обычно устанавливают в более теплых местах
сушила и выдерживают в них примерно вдвое дольше, чем изделия
с первым слоем эмали.
Обжиг изделий, покрытых вторым слоем эмали, требует боль-
шой осторожности. Нельзя допускать слишком высокой темпера-
364
туры в печи, так как в этом случае в эмалевом слое часто пояй^
ляются вздутия.
При усовершенствованном процессе эмалирования раковин,
моек и других санитарных изделий на высушенные изделия, по-
крытые первым слоем эмали, без применения обжига наносят
пульверизатором тонкий слой легкоплавкой эмали. После этого
изделия снова сушат и затем обжигают. Располагая достаточным
опытом, можно этим способом получить хороший слой эмали,
обладающий требуемой плотностью и блеском.
В табл. 52 приводятся данные по обжигу санитарно-техниче-
ских изделий.
Таблица 52
Данные по обжигу санитарно-технических изделий
в двухкамерной печи при температуре обжига 800—820° С
Наименование изделий Бес 1 шт. в кг Количе- ство изделий на одной решетке в шт. Бес одной загрузки .в кг Коли- чество загрузок в сутки Произво- дитель- ность печи за сутки в т
Раковина кухонная 14 14 196 72 14,80
То же 21 10 210 72 15,1'2
Чаша «Генуя» 24 9 216 66 14,40
Умывальник 32 3 96 96. 12,21
То же 30 6 180 72 12,96
Спинки от раковин 23 4 92 96 9,00
То же 27 4 1С8 96 10,35
Трапы (корпус) 20 20 400 48 19,20
Сифоны 12 / 30 360 54 19,44
К эмалевым покрытиям санитарно-технических -изделий предъ-
являются следующие требования.
1. Покрытие должно быть ровным, блестящим, хорошо заглу-
шенным, белого цвета; белизна должна соответствовать коэффи-
циенту диффузного отражения для ванн, моек и душевых поддо-
нов не ниже 75%, а для чугунных эмалированных раковин —
не ниже 60%.
2. Прочность сцепления эмалевого слоя с металлической под-
ложкой должна быть такой, чтобы покрытие не отскакивало
от металла и не растрескивалось при постукивании по изделию
деревянным молотком весом 300 г.
3. По термостойкости изделия должны выдерживать перемен-
ное воздействие горячей и холодной воды с разностью температур
не менее 70° без появления трещин или отколов.
По химической устойчивости эмалевые покрытия на этих изде-
лиях должны удовлетворять несколько различным требованиям
365
Дефекты эмалевого слоя
Дефекты Количество допускаемых
1154 — 66
Ванны Раке
Обозначение
I 1 " 1 111 1 1
Темные точки, разбросанные по поверхно- сти эмалевого покрытия: диаметром 0,5 — 1 мм в шт. » 0,5 —1,5 мм в шт. > 1 —2 мм в шт. Единичные поры, не доходящие до метал- ла, диаметром до 1 мм, разбросанные по по- верхности эмалевого покрытия; на площади 100 см2 в шт. не более по всему изделию в шт. ие более Пузыри: диаметром до 1 мм в шт. не более » » 2 » » > > » Слабое просвечивание грунта на выступах и бортах на площади в см2 ие более Бугорки, за плавленные диаметром до 3 мм в шт. не более Откол эмали на бортах с последующей за- делкой прочной эмалевой краской на площа- ди в см2 ие более Откол эмалн иа поверхностях, перекры- ваемых при монтаже Цек — иезаплавлениые волосные трещины длиной не более 50 мм в шт. Волнистость эмалевого покрытия Незначительные местные утолщения эма- ли общей площадью в см2 не более Коробление борта в % до мм не более 2 7 1 Мало заметная иа от- дельных участках 0,2 4 10 2 10 Мало заметная, ие ощу- тимая рукой 0,3 10 15 3 20 5 6 Заметная 0,5 5 10 1 1 10 2 Малоза 5 0,3
366
Таблица 53
санитарио-технических изделий
дефектов по ГОСТам
1159-57 7506 — 60 10161 — 6 2
ВИНЫ Мойки Поддоны
сорта
II III I 11 III I II III
10 20 — __ — — —
2 5 2 4 8 3 5 10
2 3 6 8 10 7 10 15
2 3 1 2 3 1 2 3
— 3 — — 3 — — —
20 30 10 20 30 — — —
4 8 — — — — — —
— 2 — 1 2 — 0,5 5
— Незначи- тельный — Допу- СКЬ- ЛЯ — — Допу- скается
— 3 — — 4 — — 6
метная Заметная Мало заметная на от- дельных участках Мало заметная Заметная Мало за! отдельны летная на с участках Заметная
10 20 — — — — — Допу- скается
0,5 0,7 3 3 3 0,4 0,7 1,0
367
в зависимости от условий эксплуатации. Покрытия на ваннах
и душевых поддонах должны быть щелочестойкими, выдерживать
воздействие или 10-процентного раствора соды при комнатной
температуре (на ваннах), или 3-процентного раствора соды при
50° С (на поддонах) в течение 20 мин без потери блеска. Покрытие
на мойках должно сохранить блеск после воздействия в течение
1 ч 4-процентного раствора уксусной кислоты. Хотя согласно
ГОСТу 1159—57 не предъявляется никаких требований к химиче-
ской стойкости покрытий, очевидно, что покрытие на раковинах
должно быть таким же устойчивым, как и на мойках.
Дефекты эмалевого покрытия, не, ухудшающие эксплуатацион-
ных свойств изделий, а только портящие их внешний вид, допу-^
скаются лишь в минимальном количестве, точно оговариваемом
условиями соответствующих ГОСТов или РТУ (табл. 53).
3. ХИМИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА
Чугунная эмалированная аппаратура соединяет в себе высокие
механические и термические свойства чугуна и химическую
устойчивость, присущую кислотоупорной эмали. По сравнению
со стальной она имеет следующие преимущества:
1) более высокую кислотоупорность и большую сплошность
эмалевого покрытия,'обусловленные применением пудрового ме-
тода нанесения эмали;
2) отсутствие на чугунном аппарате сварных швов, на которых
обычно образуются пороки эмалевого покрытия;
3) повышенную механическую прочность конструкции ввиду
большей толщины стенок чугунного аппарата по сравнению со
стальным.
К недостаткам чугунной, эмалированной аппаратуры отно-
сятся:
1) большой вес аппаратов, что затрудняет их транспортировку
и монтаж;
2) значительная толщина стенок аппарата, вследствие чего
возможности быстрой смены температуры внутри аппарата огра-
ничены;
3) трудность изготовления модели для отливки; это приводит
к относительно высокой стоимости аппаратов при малосерийном
производстве;
4) сложность отливки чугунных аппаратов больших размеров;
5) вредность применения пудрового способа эмалирования.
Чугунная эмалированная аппаратура, как и стальная, полу-
чила широкое распространение в химической, пищевой, фарма-
цевтической и других отраслях промышленности, но исполь-
зуется на более ответственных участках производства. Срок
службы чугунной эмалированной аппаратуры значительно выше,
чем стальной.
368
Типы и конструкции аппаратов.
Подготовка к эмалированию
К конструкции чугунных эмалированных аппаратов предъяв-
ляются следующие основные требования:
1) конструкция аппарата должна быть по возможности про-
стой, чтобы все покрываемые эмалью поверхности изделия были
доступны для механической обработки, пескоструйной очистки,
для нанесения шликера грунта и эмали, а также осмотра поверх-
ности эмали при изготовлении и эксплуатации;
2) конструкция аппарата должна быть максимально жесткой,
способной рыдержать многократный обжиг без коробления;
3) толщина стенок аппарата должна быть по возможности оди-
наковой. Допустимая разница в толщине [Smln > 0,4Smax; раз-
нотолщинность аппарата может привести к появлению волосных
линий, уколов и других пороков;
4) в аппарате не должно быть острых углов и резких пере-
ходов. Радиусы закругления должны быть не менее 5 мм. Реко-
мендуются следующие минимальные радиусы закругления на
фланцах чугунных аппаратов (при рабочем давлении 2,5 кГ!смг):
Диаметр аппарата в мм ......... 600—1200 1400 1600
Радиус закругления в мм ....... 17 23 28
Ниже приведены допустимые минимальные радиусы закругле-
ния на фланцах штуцеров при рабочем давлении до 10 кПсм*.
Внутренний диаметр
штуцера в мм . . . 25 32—40 50—100 125—150 200 250—300 350—40'.)
Радиус закругления
штуцера в мм ... 6 7 8 9 10 11 12
Уменьшение радиуса закругления приводит к возникновению
повышенных напряжений в слое эмали, превышающих предел
прочности, что ведет к появлению сколов эмали.
На рис. 128 показана зависи-
мость числа пороков от радиуса
закругления.
Типовые конструкции чугунной
эмалированной аппаратуры изго-
товляются такие же, как и сталь-
ной аппаратуры (стр. 246). Наибо-
лее распространенные типы чугун-
ной эмалированной аппаратуры,
выпускаемой в СССР:
Наимейование Емкость в л
Выпарные чаши............ 50—350
Сборники................. 300—2000
. Реакторы.................. 150—2000
Выпарные котлы .......... 500—1000
Кристаллизаторы.............. 500
Насосы........................ —
24 В. В. Варгин
Радиус закругления, мм
Рис. 128. Зависимость числа поро-
ков от величины радиуса закруг-
ления
369
Аппаратура предназначена для эксплуатации при температуре
до 200° С и давлении до 6 кПсм2. По особым заказам изготовляют
аппаратуру для работы при температуре до 250° С, а также авто-
клавы, 'предназначенные для эксплуатации при давлении до
30 кГ/см2.
В США предприятия компании «Пфаудлер» выпускают чугун-
ную эмалированную аппаратуру, предназначенную для эксплуа-
тации при температуре до 300° С; кислотощелочеустойчивая эмаль
выдерживает воздействие кислот и щелочей (pH 12) при тем-
пературе до 100° С. Компания изготовляет лабораторные авто-
клавы емкостью 4,5 л для работы с агрессивными средами при дав-
лении до 67 кПсм2 и температуре до 400° С. В Англии фирма
«Кэнон» изготовляет чугунную эмалированную аппаратуру ем-
костью до 3000 л для эксплуатации при давлении до 3 кПсм2.
В ГДР предприятие «Эмальгусс» изготовляет чугунную эмалиро-
ванную аппаратуру емкостью до 3000 л для работы при температуре
до 250° С. В ЧССР завод «Бузулук» выпускает чугунную эмалиро-
ванную аппаратуру емкостью до 1600 л, а также автоклавы ем-
костью до 40 л для работы при давлении до 20 кПсм.2.
Отливка аппаратов. Детали аппаратов, подлежащие эмалиро-
ванию, изготовляются из специального легированного чугуна
высших марок (СЧ 15—32, СЧ 18—36 по ГОСТу 1412—54). Хими-
ческий состав чугуна для изготовления кислотоупорной эмали-
рованной аппаратуры [54, стр. 357; 2401 рекомендуется следующий
(в %): 3,3—3,7 С (общий), 2,5—2,8 С (графит), 1,9—2,5 Si, 0,5—
0,7 Мп, не более 0,3 Р, <0,08 S.
Допускается совместное введение легирующих добавок: до
0,15% Сг, до 0,25 Ni. Наличие в составе чугуна одного хрома без
никеля не допускается.
Отливки, подлежащие эмалированию, должны иметь перлито-
ферритную или перлитную структуру и не должны содержать
свободного цементита.
Отливка аппаратов производится в земляные формы, изготов-
ленные по специальным моделям. Вся поверхность чугунных отли-
вок должна быть тщательно очищена от формовочной земли.
Прибыли, литники, заусеницы и другие выступы на эмалируемой
поверхности должны быть удалены и аккуратно зачищены. Допу-
скаются следующие возвышения и углубления на местах обрубки
в зависимости от толщины стенки отливки.
Толщина стенки Допускаемая высота
отливки в мм иеррвиости в мм не более
До 15 2
15—25 3
Свыше 25 4
Переход от возвышений и углублений к ровной поверхности
должен быть плавным. Поверхность отливки не должна иметь
трещин, плен, раковин, местных рыхлот, остроконечных высту-
370
пов и других дефектов, снижающих прочность отливки и затруд-
няющих эмалирование. В отдельных случаях допускаются
единичные газовые раковины диаметром до 3 мм, глубиной,
не превышающей Vs толщины стенки изделия, в количестве
до 2 шт. на 1 м2 эмалируемой поверхности при общей площади
ее до 3 м2. Групповые раковины, не доступные для расшлифовы-
вания, не допускаются. Возможна заварка отдельных раковин на
поверхности литья. Наплавляемый металл по составу и структуре
должен быть близок к основному и монолитно с ним связан. На
поверхности чугунных отливок допускаются впадины от расшли-
фовывания дефектов литья; глубина таких впадин не должна пре-
вышать 15—20% толщины отливки. Переход от центра впадины
к окружающей поверхности должен быть плавным.
Даже при соблюдении всех требований на плотной отливке
после эмалирования появляются поры, которые удается закрыть
только после нанесения нескольких слоев эмали. Этот вид брака
можно предупредить, сняв поверхностный слой чугуна. Для этого
аппараты протачивают внутри на карусельных станках на глу-
бину 0,5— 1,0 мм.
Подготовка аппаратов к эмалированию. Для того чтобы эмаль
прочно держалась на аппарате, поверхность его должна быть
тщательно подготовлена. После проточки при наличии раковин,
ужимин, слоистости аппарат подвергают расшлифовыванию пнев-
мотурбинкой. Кроме того, производится шлифование радиусов
закруглений борта и дна до плавного перехода поверхностей.
Для удаления загрязнений, масляных пятен и главным образом
для выравнивания напряжений, возникающих в аппарате в про-
цессе его изготовления, изделие подвергают черновому обжигу
в муфельных печах при температуре 850—900° С. Время обжига
зависит от габаритов изделий и в среднем составляет около 1 ч.
На некоторых заводах в последнее время вместо чернового
обжига применяют отжиг в контролируемой атмосфере — свет-
лый отжиг. Преимуществом светлого отжига является обезугле-
роживание поверхностного слоя металла и отсутствие образова-
ния окалины, что облегчает последующую очистку изделий и
способствует повышению качества эмалирования [346, 347].
Изделия в этом случае также охлаждают в камерах с контроли-
руемой атмосферой для предотвращения образования окалины
(стр. 206).
После чернового обжига аппарат очищают от окалины, обра-
зовавшейся во время этого процесса, дробеструйной обработкой
(стр. 343). Очистка производится в дробеструйных или дробе-
метных камерах (стр. 344) чугунной дробью фракции 0,8—1,0 мм.
Если после дробеструйной обработки на поверхности аппарата
обнаруживаются дефекты, то его подвергают местному шлифованию
с последующим обжигом и повторной дробеструйной обработкой.
При наличии в отливке раковин их заваривают жидким чугуном
или электросваркой и вновь производят черновой обжиг аппарата
24* 371
для устранения Местных напряжений и загрязнений, а также дро-
беструйную обработку. Многократное проведение чернового об-
жига и дробеструйной обработки ведет к исчезновению внутрен-
них напряжений и к улучшению сцепления эмали с поверхностью
отливки. Время между последней операцией очистки и нанесе-
нием эмали должно быть не более 10—12 ч, иначе аппарат перед
нанесением эмали «освежают», подвергая вновь дробеструйной
обработке.
Грунты и эмали
Для чугунной аппаратуры применяется фриттованный спечен-
ный грунт, который при обжиге образует пористую поверхность,
дающую свободный выход газам из чугуна. При пудровом способе
нанесения эмали можно применять плавленые грунты. Для полу-
чения широкого интервала размяг-
Таблица 54 чения в состав грунтов вводят зна-
Химический состав грунтов для чугунной аппаратуры (в вес. %) чительное количество кварца и поле- вого шпата. В табл. 54 приведены наиболее распространенные составы
грунтов для покрытия чугунной
3 к <я я д >> аппаратуры.
Компоненты <и о о. Фриттованный грунт измельчают
я « S « на бегунах до размера зерен 3—5 мм,
а затем на магнитном сепараторе удаляют из грунта частицы металли-
SiO2 58,5 71,5
ческого железа. Помол фритты произ-
^2^3 20,0 12,5 водится сухим способом для получе-
А12О3 5,5 5,7 ния остатка 0,4—1,0% на сите № 02.
СаО 3,0 0,6 Размолотая фритта просеивается
MgO к2о 1,0 1,0 0,5 и ссыпается в емкость хранения. Помол грунтового шликера осуще-
ствляется в шаровой мельнипе при
Na2O 9,5 8,2 следующей рас-кладке на барабан
СаО 0,4 0,4 (в вес. ч.):
МпО2 0,6 Размолотая фритта грунта . . 100,0
Fp Ci 1,1
Песок молотый 40—60 Глина 5,0
Сумма + F в вес. ч. 100,0 2,0 100,0 Бура жженая 1,5 Вода 100—110
Готовый шликер должен иметь следующие характеристики:
удельный вес 1,50—1,53 г/см3, консистенция 1,1—1,5 г!дм2\
остаток на сите № 0075 4,5—7,0 г на 50 мл.
Песок, применяемый в качестве мельничной добавки, должен
быть прокален при условиях, исключающих его загрязнение.
Прокаливание следует производить при температуре около
372
900° С, превышающей температуру последующих обжигов грунта
и покровной эмали. Прокаливание песка способствует быстрому
переходу кварца из ^-модификации в a-модификацию, что облег-
чает дальнейший размол песка. Употребляется песок с остатком
на сите № 0075 15—20%.
Пудровая эмаль должна приплавляться к изделию во время
его охлаждения, т. е. при довольно низкой температуре (600—
700° С). Следовательно, температура размягчения пудровых эма-
лей должна быть ниже 600° С. Эмалевое покрытие должно выдер-
живать резкие перепады температуры (100—120° С), так как
по статистическим данным примерно
85% применяемой эмалированной аппа-
ратуры во время эксплуатации подвер-
гаются подогреву и около 55% эмали-
рованных чугунных аппаратов выходят
из строя из-за недостаточной термиче-
ской прочности. Для получения повы-
шенной термостойкости приходится
уменьшать к. т. р., что приводит к ско-
лам эмали на выпуклых местах в связи
с возникновением напряжений в слое
эмали, превышающих предел ее прочно-
сти. Поэтому для опудривания штуце-
ров, патрубков и фланцев применяют
эмали с большим к. т. р.
Термостойкость покрытия зависит
не только от химического состава эма-
Топщина покрытиями,
Рис. 129. Зависимость тер-
мостойкости покрытия от
толщины для нескольких ти-
пов кислотоупорных эмалей:
ли, но и от толщины ее слоя. На
рис. 129 показана зависимость термо-
стойкости от толщины покрытия для
1 — эмаль 141; 2 — эмаль 143;
3 — эмаль 2/1
нескольких кислотоупорных эмалей.
Кислотоупорные эмали должны обладать высокой химической
устойчивостью. В табл. 55 приведены значения выщелачива-
емое™, термостойкости и температур размягчения для некоторых
отечественных кислотоупорных эмалей.
Химическая устойчивость определялась по потере веса при
кипячении в 20,4-процентном растворе соляной кислоты при
температуре 110° С в течение 2 ч как для зерна эмали (в %),
так и для эмалевого покрытия (в мг1см*)', плавкость эмалей —
на приборе конструкции Новочеркасского политехнического ин-
ститута. Термическая устойчивость эмалевого покрытия опреде-
лялась температурой, при нагреве до которой в эмалевом слое
после резкого охлаждения появляются несходящиеся трещины.
Срок эксплуатации эмалированных аппаратов зависит не
только от химической устойчивости эмали, но и от сплошности
покрытия. Эмалевые покрытия, имеющие значительно меньшую
химическую устойчивость, часто оказываются не хуже, чем
эмали с лучшей химической устойчивостью, ввиду большей
373
Таблица 55
Некоторые свойства кислотоупорных эмалей
Номера эмалей Выщелачиваемость Плавкость Термостой- кость в °C
в % в мг!см.2 Температура начала раз- мягчения в °C Температура конца раз- мягчения в °C
5 0,3 0,5 560—620 720—760 150
11 0,4 0,6 600—620 720—750 120
16 0,4 0,6 580—620 720—740 120
легкоплавкости, обусловливающей сплошность эмалевого покры-
тия. Общие данные о влиянии состава на свойства кислотоупор-
ных эмалей приведены в гл. IV. В табл. 56 приведены типовые
составы кислотоупорных эмалей.
Гранулы покровных эмалей высушивают до влажности, не
превышающей 0,005%. Помол эмалевых гранул производится
Таблица 56
Химический состав пудровых кислотоупорных эмалей (в вес. %)
4 Компоненты Номера эмалей
1 2 3 4
SiO3 66,0 65,5 67,0 60—70
тю2 — — 4,3 —
В2О3 — — 3,7 —
А12О3 5,2 7,4 2,8 . 1,5—3,0
СаО 4,3 3,8 6,2 5-9
ZnO 4,9 1,3 — —
К2О 5,1 5,4 4,2 0—5
Na2O 14,5 16,6 11,0 18—20
Li2O — — — 0—2
v2o5 — — — 0—1,5
СаО — — 0,1 0—1
MnO2 — — 0,3 —
Сг2О3 — — 0,4 —
Сумма 100,0 100,0 100,0
+ F (в вес. ч.) 3,0 7,4 1,0 —
За !0’ град-1 (по Аппену) 324 345 277 —
374
в шаровой мельнице. Для корректировки термостойкости эмали
допускается добавка на мельницу при помоле 2—4 вес. ч. песка
или двуокиси титана на 100 вес. ч. фритты. Все материалы, до-
бавляемые на мельницу, необходимо предварительно прокалить.
Помол пудры производится до получения остатка на сите № 02,
равного 6,5—1,0%, а для бортовой эмали—до остатка 1,8—2,5%.
Готовая пудра просеивается через сито и ссыпается в емкость
хранения.
Эмалирование
Пудровый способ эмалирования имеет ряд преимуществ по
сравнению с мокрым. Понижение химической устойчивости эма-
левого покрытия, нанесенного мокрым способом, по сравнению
с пудровым происходит ввиду внесения в состав эмали мельничных
добавок, в первую очередь глины (стр. 274).
При эмалировании мокрым способом очень трудно получить
плотный слой эмали, не имеющий пор. Во время обжига эмали,
начиная с температуры 500° С, вследствие разрушения каолинита
и других глинистых минералов происходит выделение конститу-
ционной воды. За счет образования паров воды и трещин при
усадке глины повышается пористость эмалевого слоя.
При эмалировании сухим способом слой эмали получается
более плотным, а обнаруженные поры и пузыри затираются
пудровой эмалью во время осмотра раскаленного аппарата.
К достоинствам сухого способа эмалирования относится также
и то, что можно наносить на отдельные участки слой эмали различ-
ной толщины й сглаживать неровности и шероховатости чугунной
отливки. Возможно также нанесение отличающихся по свойствам
эмалей на разные участки поверхности аппарата. Это необходимо
при эмалировании закруглений на фланцах, патрубках, штуцерах,
на которые наносят эмаль, имеющую большой к. т. р.
Эмалевое покрытие, нанесенное пудровым способом, имеет
также более высокую прочность сцепления, чем при шликерном
способе. Применение пудрового способа, однако, ограничено.
Некоторые узлы и детали чугунной химической аппаратуры
имеют сложную конфигурацию, поэтому их можно эмалировать
только мокрым способом.
Для получения сплошного покрытия при мокром способе эма-
лирования необходимо строго соблюдать следующие условия:
в момент оплавления вязкость покровной эмали должна быть
настолько велика, чтобы газы, образующиеся при обжиге, не
могли прорвать слой эмали; вязкость грунта при температуре
обжига эмали должна быть значительно больше вязкости покров-
ной эмали.
Перед нанесением грунта аппарат обдувают сжатым возду-
хом для удаления пыли с его поверхности. Грунтом поливают
внутреннюю поверхность аппарата и втирают его жесткой щеткой
375
для улучшения смачиваемости и обеспечения более глубокого
проникновения грунта в поры чугуна. После непродолжительной
сушки наносят грунт пульверизатором, стараясь получить рав-
номерный и тонкий слой.
Изделие, покрытое грунтом, должно быть хорошо высушено.
Время сушки зависит от веса и габаритов аппарата. Для сушки
изделий применяют специальные камеры и помещения, облицо-
ванные огнеупорным кирпичом. Обогрев сушил обычно произво-
дится за счет тепла отходящих дымовых газов от обжигатель-
ных печей или электрическими нагревателями. Сушку крупно-
габаритных изделий часто осуществляют на месте подогретым
воздухом. Для сушки чугунных аппаратов можно применять
источники инфракрасного излучения. Процесс сушки при этом
значительно ускоряется (стр. 158). После сушки загрунтованные
изделия подвергают тщательному осмотру для выявления дефек-
тов, которые должны быть исправлены до обжига.
Обжиг грунта производится в муфельной печи при температуре
850—950° С. Изделия загружают в печь при помощи мостового
крана или специальными посадочными машинами (стр. 283).
Температура и продолжительность обжига грунта зависят от
веса, поверхности и конфигурации отливки, веса и формы при-
способлений для загрузки изделий, а также от состава и тонины
помола грунта. Продолжительность обжига 30—60 мин. Темпе-
ратура обжига грунта не должна быть слишком высокой, так как
в этом случае при последующем обжиге в эмалевом покрытии
появляются пузыри, уколы, сколы и другие пороки. Низкая тем-
пература обжига приводит к недостаточному сцеплению грунта
с чугуном.
Если в обожженном грунтовом слое при просмотре обнару-
живаются дефекты (подтеки, утолщения, непокрытые места),
то аппарат направляют на реэмалирование.. Нанесение второго
слоя грунта не рекомендуется.
После обжига грунта на раскаленный аппарат наносится пудра
покровной эмали при помощи электрических, пневматических
и ручных сит с сетками № 045 или 0355. Для опудривания
штуцеров и патрубков применяются небольшие цилиндрические
ручные сита. Для удобства нанесения грунта и эмали на неко-
торых заводах изделия устанавливают на специальные манипуля-
торы, обеспечивающие зажим, поворот и вращение изделия.
Пудру наносят на изделие до тех пор, пока она продолжает при-
плавляться к нему; затем аппарат обжигают при температуре
850—870° С. Температура и время обжига также зависят от со-
става эмали и вида изделия. Опудривание производят от двух
до пяти раз, причем толщина эмалевого покрытия не должна пре-
вышать 2,5 мм. После второго обжига горячее изделие тщательно
осматривают. При обнаружении пузырей их прокалывают и зати-
рают пудрой; уколы также затирают; затем все изделие слегка
припудривают и снова обжигают. Описание типов и конструкций
376
печей, применяемых для обжига эмалированной аппаратуры,
приведено в гл. IV.
Охлаждение изделий после обжига осуществляют в специаль-
ных камерах, обязательно при условии отсутствия сквозняка.
Крышки, решетки и другие изделия, подвергающиеся короблению
во время обжига, для остывания укладывают на правильный
станок и тщательно зажимают по фланцу. Правильный станок
вместе с изделием накрывают колпаком для предотвращения
неравномерного охлаждения. Остывшие изделия тщательно осма-
тривают и при отсутствии видимых дефектов передают на испыта-
ния и сборку.
В случае обнаружения нескольких пор или булавочных уколов
при условии хорошего качества остальной поверхности эмалиро-
ванного аппарата можно пломбировать дефектные места (стр. 290).
Чугунные эмалированные аппараты подвергают следующим
испытаниям: наружному осмотру; испытаниям на сплошность
покрытия, механическую прочность, термическую прочность;
испытанию пломб на герметичность и гидравлическому испытанию.
Испытания и монтаж чугунных аппаратов производят так же,
как и стальных эмалированных аппаратов (стр. 287).
При эмалировании -чугунных аппаратов наблюдаются сле-
дующие основные виды брака: булавочные уколы, поры, пузыри,
сколы, волосные линии, трещины. Причины и методы устранения
пороков подробно изложены при описании пороков стальной эма-
лированной аппаратуры, стальных эмалированных изделий и чу-
гунных изделий.
4. ПОСУДА
Кастрюли, котлы кашеварные, гусятницы, сковороды и дру-
гая кухонная посуда изготовляются из серого чугуна в соответ-
ствии с техническими условиями на чугунную эмалированную
посуду и эмалируется только шликерным (мокрым) способом.
В соответствии с условиями эксплуатации внутренний эмале-
вый слой на посуде должен обладать следующими свойствами:
прочным сцеплением с металлом; достаточной химической устой-
чивостью; достаточной термической и механической прочностью;
отсутствием в составе эмали токсичных и вредных соединений;
белым или, в крайнем случае, светло-серым цветом.
Очищенные отливки покрывают грунтовым шликером при по-
мощи пульверизатора или методом облива. Перед обливом эмали-
руемую поверхность изделий следует протереть разбавленным
грунтовым шликером. Протирка производится очень тщательно
волосяными щетками, так как при обливе грунтовый шликер плохо
пристает к ненатертым местам. Грунтовка — очень ответственная
операция и от нее в большой степени зависят результаты всего
процесса эмалирования. Слишком толстый слой грунта ведет
к слабому сцеплению эмалевого слоя с металлом, а слишком тон-
кий вызывает образование пор, пузырьков и других видов брака.
377
Плохо заправленный или перезаправленный тиксотропный
грунтовый шликер обычно покрывает поверхность отливки не-
ровно, полосами, что приводит к появлению в эмалевом слое
волнистости, а также пор и пузырьков.
Сушат загрунтованные изделия в сушильных камерах, обо-
греваемых отходящими газами, или в специальных сушилах самой
разнообразной конструкции (см. гл. IV). Слишком медленная
сушка изделий приводит к появлению ржавых темно-коричневых
пятен, которые с трудом перекрываются слабозаглушенными
эмалями.
Неэмалируемую поверхность высушенных изделий очищают от
приставшего к ней грунта, после чего изделие обжигают при
температуре 830—870° С. Нормально обожженный грунт имеет
пористую структуру, сероватую окраску и довольно прочно дер-
жится на изделии, так что его трудно соскоблить даже ножом.
Длительный обжиг при высокой температуре вызывает пережог
грунта, и слой грунта имеет темно-серый цвет. В эмалевом слое
при этом могут появиться поры и пузыри. Слишком быстрое
нарастание температуры в печи обжига вызывает прогар и вскипы.
Желтоватый цвет грунта указывает на недожог его или на
«запар» грунтового слоя при сушке, что происходит при соприкос-
новении покрытого шликером изделия с раскаленными элементами
нагревателей. Эмалевый слой в таком случае слабо сцеплеи с под-
ложкой.
Если в грунте обнаружен брак, например неровности или не-
докрытые места, то ремонту такие изделия поддаются с трудом.
Места, недокрытые грунтом, если их площадь не больше 1 см2,
можно затереть густым шликером и сверху нанести слой эмали.
Иногда эта операция приводит к хорошим результатам. Но чаще
всего требуется удаления всего грунтового слоя с последующей
очисткой и грунтовкой.
Нанесение второго грунтового слоя нельзя рекомендовать,
так как это уменьшает прочность сцепления и способствует появ-
лению бугристости в эмалевом слое. Удалить обожженный грунто-
вый слой можно травлением в слабом растворе кислоты или,
лучше, дробеструйной обработкой.
Загрунтованные обожженные изделия можно хранить после
обжига очень недолго (в чистом сухом помещении), так как слой
грунта гигроскопичен и впитывает влагу, что может привести
к образованию на поверхности металла ржавчины.
Загрязнение грунтованной поверхности пылью или маслом
влечет за собой появление пузырьков и пор в эмали.
После обжига и остывания изделия покрывают эмалевым шли-
кером, как правило, один раз. Лишь в тех случаях, когда обна-
руживается брак в эмалевом слое после обжига, приходится нано-
сить второй тонкий слой эмали.
Эмалевый шликер наносят теми же способами, что и грунто-
вый. Слой эмали должен быть по возможности тонким в зависи-
378
мости от типа эмали: чем более заглушена эмаль, тем более тон-
ким слоем ее можно наносить. Уменьшение толщины эмалевого
покрытия значительно увеличивает термостойкость и в некоторых
случаях механическую прочность изделий. Кроме этого, дости-
гается экономия материалов и энергии при обжиге.
Изделия с эмалевым шликером сушат, очищают неэмалируемые
места от приставшей эмали, а затем обжигают при температуре
780—830° С. После обжига и остывания изделия сортируют. Изде-
лия с неисправимыми пороками направляют в вагранку для (
переплавки. Если неисправимые пороки обнаружены только
в эмалевом слое, всю эмаль удаляют, а изделия вновь подвергают
очистке и эмалированию, как вновь отлитые.
Неэмалируемые места годных изделий покрывают черным лаком
или черной краской. Черную краску можно изготовить из дре-
весной смолы, скипидара и голландской сажи. Обычно берут на
1 кг смолы 2—3 кг скипидара и около 5—8% сажи.
Продолжительность обжига как загрунтованных, так и эма-
лированных изделий зависит от мощности нагревателей печи, веса
загрузки, величины и конфигурации изделий, температуры плав-
ления и крупности помола грунтовых и эмалевых шликеров.
В табл. 57 приводятся данные по обжигу чугунной посуды,
эмалируемой мокрым способом, в двухкамерной полугазовой
Таблица 57
Данные по обжигу кухонной посуды
Наименование изделий Вес 1 шт. в кг Коли- чество изделий на одну решетку в шт. Вес одной загрузки в кг Коли- чество загрузок за 1 сутки в шт. Произво- дитель- ность печи в сутки в т
Обжиг в газовой печи Горшки на 15 л 7 44 308 60 18,5
» 10 » 4,6 66 303 60 18,2
» 6 » 3,5 80 280 60 16,2
» 2,5 л 1,5 182 273 60 16,8
Кастрюля № 1 3,0 50 150 72 19,8
№ 4 2,5 86 215 72 ’ 15,5
№ 10 3,3 55 181 72 13,3
Обжиг в электрической печи Сковорода 0 220 мм 1,4 70 84 60 5,1
0 175 » 0,8 100 80 60 4,8
Утятница 1,6 30 48 84 4,1
Гусятница 2,4 25 60 80 4,8
Кастрюля 4.0 18 72 72 5,2
379
рекуперативной печи с размером муфеля 1,2 X 1,2x3 м ив одно-
камерной электрической печи с размером муфеля 0,6 X 0,8X 1,4 м
и мощностью нагревателей 48 кет.
Как видно из табл. 57, производительность полугазовой печи
составляет 19—20 т в сутки при трехсменной работе, а электри-
ческой печи около 5 т в сутки в зависимости от конструкции изде-
лий и веса загрузки.
Использование электрических печей более выгодно при работе
в одну или две смены, так как можно быстрее довести печь до
рабочей температуры; во время простоя нет потерь тепла с отходя-
щими продуктами сгорания топлива.
5. Прочие изделия технического назначения
При эмалировании мелких изделий (вешалок, дверных и окон-
ных ручек, кронштейнов и т. п.) пудровым способом происходят
очень большие потери эмали вследствие распыления эмалевой
пудры, что приносит не только материальный ущерб, но и весьма
нежелательно с точки зрения охраны труда. Ввиду этого такие
изделия более целесообразно эмалировать способом горячего
погружения. Изделия, нагретые в печи до температуры 850—
900° С, быстро погружают в сосуд с эмалевым порошком и выдер-
живают в нем несколько секунд, непрерывно поворачивая их во
все стороны. После этого изделия вынимают, стряхивают с них
излишек эмалевого порошка и снова загружают в печь для оплав-
ления эмали. При применении очень легкоплавких пудровых
эмалей, температура полного оплавления которых 550—550° С,
весь приставший к изделию порошок может гладко и ровно опла-
виться за счет тепла раскаленной эмалируемой отливки, и во вто-
ричном обжиге пудрового слоя не будет необходимости. Но такие
эмали обычно содержат много окислов свинца, бора и щелочных
металлов и обладают недостаточной химической устойчивостью.
Поэтому эти эмали применяют только для ограниченного ассорти-
мента изделий.
В табл. 58 приведены рекомендуемые составы эмалей для
покрытия мелких чугунных изделий способом горячего погруже-
ния. Из указанных составов эмали 1 и 2 хорошо заглушены и
имеют сильный блеск, эмаль 3 пригодна в качестве основы для
получения цветных покрытий введением в ее состав соответству-
ющих красителей; эмали 4 и 5 очень легкоплавки и могут быть
применены для безгрунтового покрытия чугунных изделий. При
введении красителей последние могут быть применены как цвет-
ные эмали для мелких изделий технического назначения.
Изделия с рельефным рисунком, например декоративные
плитки, эмалируют часто способом майолики, т. е. белую глухую
эмаль перекрывают прозрачной окрашенной глазурью. Эти изде-
лия покрывают плавленым или фриттованным грунтом или смесью
их в зависимости от принятой в производстве температуры обжига
380
Таблица 58
Составы шихт эмалей для покрытия изделий
способом погружения (в вес. ч.)
Наименование материалов Номера эмалей
1 2 3 4 5
Полевой шпат 34,0 22,0 33,0 — —
Кварц молотый 4,0 — 3,0 13,5 23,0
Бура 26,0 35,0 13,0 — 56,0
Сода 6,0 4,0 6,0 — 7,0
Борная кислота — 10,0 — 13,5 —
Криолит 2,0 3,0 — — —
Окись цинка 12,0 8,0 11,0 — —
Мышьяк — — — 4,0 —
Плавиковый шпат З.о 4,0 2,0 — 4,0
Селитра 5,0 2,0 — .. 7,0 —
Двуокись олова 8,0 — — — —
Барий углекислый — — 10,0 — 4,0
Мел — 2,0 — — —
Метаантимонат натрия — 10,0 — — 6,0
Свинцовый сурик — — 22,0 62,0 —
изделий. Обожженные загрунтованные изделия эмалируют или
пудровым способом (сначала белой, затем цветной эмалью), или
шликерным в том же порядке, или комбинированным (белую на-
носят в виде шликера, а цветную в виде пудры). Существует еще
способ напудривания белой эмали на слегка подсушенный слой
необожженного грунта, после чего изделия хорошо просушивают
и обжигают.
Цветную эмаль наносят с учетом поверхности изделия и нане-
сенного рисунка. Если эмаль нанести слишком толстым слоем, то
резко ухудшается внешний вид покрытия, и неизбежно появляются
сколы на острых углах и переходах. В качестве цветных эмалей
применяют богатые борным ангидридом составы как наиболее
легкоплавкие и эластичные.
По качеству отливки и обработки, химическому составу изде-
лия с рельефным рисунком должны отвечать тем требованиям,
которые предъявляются к обычному тонкостенному литью под
эмалирование. Основное внимание следует уделять состоянию
поверхности очищенных изделий, которая часто загрязняется при
транспортировке и длительном хранении.
381
6. ПОРОКИ ЭМАЛЕВОГО ПОКРЫТИЯ-
РЕЭМАЛИРОВАНИЕ изделий
При эмалировании чугунных изделий встречаются те же по-
роки, что и при эмалировании стальных изделий (стр. 321). При-
чины появления многих пороков в ряде случаев одинаковы в осо-
бенности, если они зависят от состава и свойств эмали, кроме
тех пороков, которые получаются из-за недостатков литья или осо-
бенностей процесса эмалирования чугунных изделий.
Ниже приводится краткая характеристика пороков грунтового
слоя (табл. 59) и эмалевых покрытий при эмалировании чугунных
изделий пудровым (табл. 60) и шликерным способами (табл. 61)
с указанием причин их появления [125].
Исправление пороков грунтового слоя. Недожженный грунт
можно повторно обжечь. При появлении пор и пузырей в грунто-
вом слое следует дефектные места загладить в горячем состоянии
и покрыть пудрой легкоплавкой эмали. При шликерном способе
эмалирования небольшие скопления пор и пузырьков надо за-
чистить наждаком и замазать зачищенную поверхность грунтовым
шликером. При разнотолщинности отливок обжиг грунта следует
проводить с промежуточной выгрузкой изделий из печи для охла-
ждения тонких мест. При пережоге грунта или при наличии боль-
шого количества ржавых пятен на обожженном грунте необходимо
удалить грунтовый слой полностью и произвести перегрунтовку
изделий.
Исправление пороков эмалевого слоя. Если в эмалевом слое
ванн обнаружены единичные поры, пузырьки и волнистость или
другие пороки, то их можно исправить, если ванны после обжига
еще не успели остыть до температуры 500—600° С. Для этого изде-
лия снова загружают в печь, разогревают до полного размягчения
эмали, а затем на дефектные места наносят легкоплавкую эмаль
и снова обжигают изделие. Если же ванны остыли или пробыли
несколько дней на складе, то они не поддаются исправлению ука-
занным способом. В этом случае для ликвидации пор и небольших
отскоков эмали применяют холодные лаки или замазки. Замазки
составляют из следующих материалов: мела и жидкого стекла;
мела, окиси цинка и жидкого стекла; мела, свинцового глета и
жидкого стекла; молотого обыкновенного стекла и жидкого стекла.
При этом твердые материалы надо измельчать в тонкий порошок,
тщательно смешать с жидким стеклом в определенной пропорции,
устанавливаемой опытным путем, а затем нанести на поврежденное
место шпателем или кистью. Однако эти замазки недолговечны.
Реэмалирование. Эмалевый слой, имеющий неисправимые по-
роки, можно удалить, а черное изделие вторично подвергнуть эма-
лированию — реэмалировать. Снятую эмаль иногда удается ис-
пользовать в качестве добавки в шихту при плавлении цветной
эмали.
С тонких чугунных изделий, покрытых по мокрому способу,
эмаль довольно легко снимается заостренными зубилами и молот-
382
'Г а б л и ц а 59
Пороки грунтового покрытия на чугунных изделиях
Характеристика порока |
Причины появления
Недожженный грунт. В зави-
симости от состава имеет жел-
тый оттенок вместо серого или
серый вместо черного
Пережженный грунт либо изо-
билует пузырьками и прогарами,
либо имеет’очень серый цвет
Отскакивание грунта
Прогары и пузыри
Неравномерно обожженный
грунт
Слабое сцепление грунта с ме-
таллом
Ржавые красно-бурые пятна на
обожженном грунте
Грунтовый шликер неравно-
мерно покрывает поверхность
изделия
Обжиг грунта при низкой температуре
или недостаточная продолжительность
обжига
Длительный обжиг при высокой темпе-
ратуре
Наличие пригара или ржавчины, а так-
же гладких или графитистых участков
на поверхности отливки. Пережог или не-
дожог грунта. Утолщенный слой’ грунта.
Мал радиус закругления выпуклых по-
верхностей
В составе чугуна слишком много угле-
рода и серы. Слишком тонкий помол шли-
кера. В шликерё имеются кристаллы буры
и соды. Загрязненный шликер
Слишком большая разнотолщинность
стенок изделия
Очень крупный помол. Слишком тол-
стый слой грунта. В составе грунта мало
В2О3 и Na2O. Недожог грунта. Наличие
пригара, ржавчины, гладких или графи-
тистых участков на поверхности отливки
Наличие на поверхности отливки сер-
нистых солей железа и марганца. Низкая
температура или сквозняки в сушиле
Шликер долго хранился до употребле-
ния; обладает слишком большой вяз-
костью. Изделия обжигались при очень
низкой или чрезмерно высокой темпера-
туре
Таблица 60
Пороки эмалевого покрытия чугунных изделий
при сухом способе эмалирования
Характеристика порока Причины появления
Отскакивание или слабое сцепле- ние покрытия с металлом. Покры- тие отскакивает в виде пластинок Пороки черновой отливки (табл. 45). Загрязненная поверхность отливки. Утолщенный слой грунта и эмали. Пе- редержка или недодержка изделий в печи во время обжига грунта. Грунт содержит слишком мало буры и дру- гих плавней
383
Продолжение табл. 60
Характеристика порока Причины образования
Скол покровной эмали до грунта. Покрытие отскакивает в виде пла- стинок с заостренными краями, главным образом на закруглениях Мал коэффициент расширения эма- ли. Утолщенный слой эмали на выпук- лых поверхностях. Удар по эмалевому слою. Мал радиус закругления выпук- лых поверхностен
Трещины волосные. Весьма тон- кие, не ощутимые рукой трещины в покрытии, обнаруживаемые только при помощи какой-либо краски Велнк коэффициент расширения эмали. Утолщенный слой эмали. Мал радиус закругления вогнутых поверх- ностей. Местное утолщение стенок из- делий. Толстый слой эмали
Трещины-яподъемы». Заметные, ощутимые пальцем трещины Пузыри. Заполненные воздухом или газом пустоты в покрытии, по- ры, булавочные уколы — лопнув- шие пузыри с заплавленными края- ми Пороки черновой отливкн (табл. 45). Пережог грунта Пороки отливок (табл. 45). Плохая очистка отливок, утолщенный слой грунта. Слишком легкоплавок грунт. Тугоплавка покровная эмаль. Загряз- нение грунта нли пудры разлагающи- мися при обжиге материалами (содой, мелом и т. п.)
Темные точки Неаккуратное приготовление и хра- нение эмалевой пудры. Пыль в цехе во время опудривания и остывания ванн
Матовая или слабо блестящая эмаль Склонность эмали к кристаллизации. Слишком тугоплавкая эмаль. Круп- ный размол гранул. Большая исти- раемость шаров и футеровки мельниц
Волнистое покрытие Неровная поверхность отливки. Неравномерное опудривание. Стека- ние эмали на отдельных местах по- верхности изделия во время обжига
Коробление изделия Пороки отливки (табл. 45). Слиш- ком высокая температура обжига. Неудачная конструкция изделия и подставок для обжига
Просвечивание грунта (просветы) Недостаточная заглушенность эма- ли. Тонкий слой эмали
Таблица 61
Пороки эмалевого покрытия чугунных изделий
при мокром способе эмалирования
Характеристика порока Причины образования
Отслаивание эмалевого слоя (ше- лушение). Эмалевый слой отскаки- вает с поверхности изделия в виде более или менее крупнйх пласти- нок Пороки черновой отливки (табл. 45). Неправильный состав грунта (мало- верного ангидрида и других плавней). Утолщенный слой грунта на изделии.
384
Продолжение табл. 61
Характеристика порока Причины образования
Трещины в эмалевом слое: волосные трещины — цек звездочки — лучеобразно рас- ходящиеся из одной точки волосные трещины «пауки» — звездочки, у кото- рых края трещин оплавле- ны разрывы эмалевого слоя — более или менее широкие полосы в эмалевом слое, обнаруживающие грунт бугорчатость — беспорядочно разбросанные по всей по- верхности эмалевого слоя более или менее глубокие трещины с вплавленными краями Пузыри, поры и вскипы в эмале- вом слое Пороки внешнего вида Слишком быстрая сушка грунта при высокой температуре, влекущая за собой «запор» покрытия. Толстый слой эмалевого слоя. Слишком низкий ко- эффициент термического расширения эмали Пороки черновой отливки (табл. 45) Велик коэффициент расширения эма- ли. Толстый или неравномерно нане- сенный слой грунта и эмали Удар по эмалированному изделию острым металлическим предметом. Ме- стный нагрев эмалированного изделия острым пламенем Удар по покрытому эмалевым шли- кером изделию до его обжига Слишком тонко размолотая эмаль. Рабочий шликер содержит мало за- правочных материалов. Сотрясение изделий при транспортировке после покрытия шликером. Попадание в на- несенный на изделие слой шликера капель воды или шликера, вследствие чего образуются натеки. Явления тиксотропии в шликере Утолщенный слой эмали. Удар по поверхности изделия, покрытого эма- левым шликером, до его обжига. В шликер добавлено слишком много глины и заправочных средств. Недо- жог грунта. Ускоренная сушка эмали Пороки отливки (табл. 45). Слиш- ком тонкий слой или крупный размол грунта. Наличие в шликере грунта или эмали загрязнений, разлагаю- щихся при обжиге с выделением газо- образных соединений. Пережог грунта. Повышенная температура в печи во время обжига изделий. Применение слишком тугоплавкой покровной эма- ли. Наличие ржавых пятен в грунте. Долгое хранение загрунтованных из- делий до покрытия их эмалью См. пороки эмалевого слоя сталь- ных изделий (стр. 325)
25 В. В. Варгин
385
ками или, лучше, при помощи дробеструйного аппарата. С круп-
ных чугунных эмалированных изделий эмалевый слой снимают
дробеструйным аппаратом при давлении 3—5 ати. Применение
очень высоких давлений не рекомендуется во избежание внедре-
ния кусочков эмали в тело металла, что может вызвать пороки при
вторичном эмалировании.
На некоторых заводах эмаль с чугунных ванн и моек удаляют
кислородо-ацетиленовым пламенем газосварочной горелки. Вслед-
ствие быстрого местного нагрева эмалевый слой растрескивается
и отскакивает в виде пластинок. После удаления эмали изделия
подвергают тщательной дробеструйной обработке и затем эмали-
руют как вновь отлитые.
Глава VI
ЭМАЛИРОВАНИЕ АЛЮМИНИЕВЫХ ИЗДЕЛИЙ
Эмалирование алюминия в последние годы получило широкое
распространение как наиболее эффективный способ защиты и де-
корирования поверхности алюминия, открывающий перспективы
использования этого металла в различных отраслях строитель-
ства и техники.. По долговечности, механической, термической
и химической устойчивости, стабильности и разнообразию окраски
и текстуры эмалевые покрытия превосходят все другие виды
защиты поверхности алюминия [348].
Эмалевое покрытие повышает механические свойства металла,
сообщая ему дополнительную жесткость и поверхностную твер-
дость. Вместе с тем вследствие малой толщины слоя и высокой проч-
ности сцепления эмали с алюминием эмалированный алюминий
можно подвергать механической обработке — сгибать, резать,
пилить, не опасаясь отколов эмали, что особенно важно при про-
ведении монтажных работ. Эмалированный алюминий обладает
также высокими теплозащитными свойствами [349].
Особенно широкое применение эмалированный алюминий нахо-
дит в строительстве для облицовки зданий, изготовления строи-
тельных слоистых панелей, рам для окон и дверей, осветительной
арматуры и предметов санитарной техники.
'Перспективно' применение эмалированного алюминия как
весьма легкого материала на транспорте. Из эмалированного
алюминия изготовляют также различные предметы домашнего
обихода (мебель, посуду, галантерейные, ювелирные и другие
изделия).
Металл для эмалирования
Алюминий имеет малый удельный вес (2,7)’, сравнительно вы-
сокую механическую прочность, высокую электропроводность,
теплопроводность, отражательную способность. Коэффициент тер-
мического расширения алюминия составляет около 230-10'7,
т. е. он примерно в три раза больше, чем у стали. Температура
плавления чистого алюминия 658° С. Некоторые свойства чистого
алюминия приведены в табл. 62.
25* 387
Таблица 62
Химический состав (в вес. %) и некоторые свойства
алюминия разных марок
Марка металла Содержание алюминия Примеси (не более)
Fc Si Fe + Si Си Сумма
АВ1 АВ2 А 00 АО А1 А2 АЗ 99,90 99,85 99,7 99,6 99,5 99,0 98,0 0,06 0,10 0,16 0,25 0,30 0,50 1,10 0,06 0,08 0,16 0,20 0,30 0,50 1,0 0,095 0,142 0,26 ' 0,36 0,45 0,90 1,8 0,005 0,008 0,01 0,01 0,015 0,02 0,05 0,-10 0,15 0,30 0,40 0,50 1,00 2,00
Сплав АМц: 99,0—98,4 А1, 1,0—1,6 Мп 0,7 0,6 — 0,2 1,75
Свойства Содержание алюминия в металле (в вес. %)
ОЭ 99,0 (отож- женный) 99,0 (нагар- тованный) О ad АМц (отож- женный)
Плотность в г!см3 Температура плавления в °C Удельная теплоемкость в кал/г град Теплопроводность в кал!см сек -град Удельное сопротивление в ом -мм2/м Предел прочности при растяже- нии в кГ/мм3 Относительное удлинение в % Твердость по Бринелю НВ в кГ/см3 Коэффициент термического рас- ширения а 106: в интервале 20—100° С в интервале 20—300° С 2,70 658,7 0,214 0,5 0,03 5,0 45 14 23,8 25,9 7,5 29 20 9,0 30 25 14,0 12 32 10,0 30 22 13,0 20 30 24 . 25,9
388
Химическая устойчивость чистого металлического алюминия
значительно выше, чем железа. Алюминий не корродирует в воде,
в слабокислых растворах, не ржавеет во влажной атмосфере.
В щелочных растворах алюминий растворяется. Сравнительно
высокая химическая устойчивость алюминия объясняется не малой
реакционной способностью самого металла, который стоит раньше
железа в ряду напряжений, а образованием на поверхности алюми-
ния тонкой малопроницаемой окисной пленки, защищающей
металл от дальнейшего разрушения. Защитные окисные пленки на
алюминии и его сплавах получают и искусственным путем — элек-
тролитическим окислением или анодированием. Однако под дли-
тельным воздействием атмосферы все же происходит постепенное
разрушение алюминия. Влага и различные загрязнения, попадая
на слабые места защитной пленки, постепенно разъедают ее и об-
разуют в ней углубления. В этих углублениях скапливается грязь,
на поверхности металла появляются мелкие точки, затем впадины,
блеск теряется, и цвет становится неравномерным. Ход разруше-
ния алюминия зависит от атмосферных условий и степени чистоты
самого металла. Наибольшей химической устойчивостью обладает
чистый алюминий; различные примеси и легирующие добавки по-
нижают сопротивляемость металла химическому разрушению,
ослабляя структуру защитной окисной пленки, образующейся
на его поверхности.
Стремление улучшить механические свойства алюминия, по-
высить его твердость, прочность и литейные качества, привело
к созданию большого количества разнообразных сплавов алюми-
ния. Это расширило возможности применения алюминия для раз-
личных конструкций. Наиболее распространены сплавы алюминия
с медью, кремнием, марганцем, магнием, хромом и цинком.
Сплавы алюминия разделяют на две большие группы: литей-
ные сплавы, применяемые для изготовления фасонного литья —
деталей машин, конструкций и т. д.; деформируемые сплавы,
применяемые для изготовления листов, труб, прутков, прово-
локи и т. д.
До последнего времени эмалируют главным образом чистый
алюминий или его сплавы с небольшим содержанием других ме-
таллов. Это объясняется тем, что сплавы алюминия имеют еще
более низкую температуру плавления и более реакционноспособны,
чем чистый алюминий, что затрудняет их эмалирование. Суще-
ствующие эмали непригодны для нанесения на большинство
сплавов алюминия. Большие количества меди, цинка, марганца
и магния не допускаются в сплавах, предназначенных для эмали-
рования; содержание кремния допустимо до 5%.
При выборе металла для эмалирования следует учитывать
назначение изделий, область затвердевания сплава и температуру
обжига применяемых эмалей.
В некоторых случаях для изготовления эмалированных изде-
лий употребляют листовой алюминий марок АВ1 и А00,
389.
содержащих 99,9—99,7% чистого алюминия. Чаще пользуются
более дешевыми и менее дефицитными сортами, содержащими
99,5—98,0% алюминия. Химический состав алюминия этих
марок приведен в табл. 62. Применяют также сплав алюминия
с марганцем АМц, имеющий большую твердость, чем чистый
алюминий.
Эмалирование литых изделий из сплавов алюминия не нашло
еще широкого распространения. В отливках, особенно в слоях,
прилегающих к поверхности, могут присутствовать посторонние
включения, частицы формовочных материалов, а также газовые
пузырьки, нарушающие сплошность тонкого эмалевого покрытия,
прорывая- его во время обжига.
Для глубокой вытяжки лучше использовать мягкий, не подвер-
гавшийся закалке металл во избежание появления сильных на-
пряжений во время механической обработки. Обычно температура
закалки металла близка к температуре обжига эмали, поэтому
некоторое повышение твердости металла, достигаемое благодаря
закалке, в процессе эмалирования вновь исчезает.
Изделия в зависимости от их назначения изготовляют из
листового металла различной толщины. Так, для строительных
панелей и облицовочных плиток применяют металл толщиной
0,3—3,0 мм. Размеры изделий могут быть весьма разнообразны —
от нескольких квадратных сантиметров (предметы галантереи)
до 2x4 м (крупные строительные панели).
Изделия из листового алюминия изготовляют штамповкой.
Форма изделий, подвергающихся эмалированию, должна быть
простой и удобной для нанесения эмали. Легче всего эмалировать
плоские детали (облицовочные плитки, панели, пластины и т. д.).
Острые углы на изделиях не допускаются; закругления должны
иметь радиус не менее 1 мм. При конструировании изделий надо
учитывать некоторую деформацию металла во время обжига или
охлаждения изделий после обжига эмали, особенно при покры-
тии эмалью только с одной стороны. Поэтому строительные детали
часто делают гофрированными, что придает им некоторую допол-
нительную жесткость. Это имеет особенно большое значение для
крупногабаритных деталей.
Сварные швы’ на изделиях допускаются при условии правиль-
ного выбора присадочного материала, в котором не должны содер-
жаться примеси, вредные для эмалирования. При сварке требуется
особая тщательность работы, так как выплески металла, прожоги
и другие дефекты сварки могут вызвать пороки на эмалевом по-
крытии.
При изготовлении изделий следует обращаться очень осто-
рожно с металлом, не допуская на его поверхности грубых цара-
пин, рисок и т. д. Механические повреждения поверхности ме-
талла не только не перекрываются тонким эмалевым покрытием,
а, наоборот, очень отчетливо выявляются при эмалировании,
390
Подготовка поверхности
Подготовка поверхности металла в значительной мере влияет
на результаты эмалирования алюминия. Эмали для алюминия
малоподвижны и в процессе обжига не могут дать ровного глад-
кого покрытия, если они нанесены неравномерно. Нанести шли-
кер равномерным слоем можно только в том случае, если поверх-
ность металла достаточно чиста и ровно смачивается шликером.
Поэтому главным условием подготовки поверхности металла яв-
ляется обеспечение требуемой ее чистоты. Вторая задача — обес-
печить хорошее сцепление эмали с металлом.
Предложено большое количество вариантов подготойки поверх-
ности алюминия и его сплавов для эмалирования. В зависимости
от марки металла, вида изделия, состава эмали выбирают тот
или иной способ подготовки.
Первый этап любого варианта заключается в очистке и обез-
жиривании — удалении с поверхности металла остатков смазоч-
ных материалов, жиров и прочих загрязнений, которые могли бы
затруднить смачивание металла эмалью, препятствовать образо-
ванию сплошного покрытия или вызвать дефекты во время обжига
эмали.
Обезжиривание производят либо в парах органических раство-
рителей, например трихлорэтилена, либо погружением изделий
в обезжиривающие растворы неорганических веществ. Обезжири-
вание в парах органических растворителей требует специального
оборудования, применения особых мер предосторожности, мощных
вентиляционных установок и обходится более дорого.
Чаще обезжиривают изделия в горячих слабых растворах
щелочей, иногда с добавлением поверхностно-активных веществ,
способствующих смачиванию поверхности металла обезжирива-
ющим раствором и эмульгированию масел и жиров. В качестве
поверхностно-активных добавок применяют различные органиче-
ские вещества.
Температура и продолжительность процесса обезжиривания
зависят от степени загрязненности поверхности металла, требуе-
мой производительности ванны обезжиривания и других факторов.
Обычно процесс обезжиривания осуществляется при температуре
60—70° С в течение 5—-10 мин.
В качестве примера приводится следующий состав слабоще-
лочного раствора для обезжиривания поверхности алюминия:
Тринатрийфосфат .....................50 г/л
Сода кальцинированная ................... 50 »
Сильнощелочные растворы для обезжиривания применять не
рекомендуется, так как они быстро растворяют пленку окиси алю-
миния и реагируют с металлом, растравливая его. При реакции
алюминия со щелочами выделяется водород, что может вызвать
образование гремучей смеси. Поэтому ванны для обезжиривания
391
снабжаются бортовыми отсосами. Ванны изготовляют из листовой
стали. После обезжиривания изделия тщательно промывают сна-
чала в горячей, затем в холодной проточной воде для полного
удаления следов щелочного раствора.
Часто обезжиривание выполняется не в щелочных, а в слабо-
кислых растворах. Применяют 6-процентный раствор серной
кислоты с добавкой 0,25—0,5% органических веществ, усилива-
ющих смачивание. Изделия погружают в раствор кислоты прй
комнатной температуре на 10—15 мин [350]. Для обработки
в кислотном растворе необходимы ванны, футерованные листовым
свинцом, полиэтиленом или винипластом. После обработки в обез-
жиривающем растворе кислоты необходима тщательная промывка
в горячей, а затем в холодной проточной воде.
Чтобы обеспечить эффективность эмалирования чистого алю-
миния, достаточно его обезжирить. Малозагрязненный алюминий
можно обезжиривать также кратковременным обжигом при тем-
пературе 530—550° С в течение 3—5 мин. Органические загрязне-
ния при этой температуре выгорают.
При эмалировании сплавов алюминия, содержащих магний,
марганец и кремний, и применении свинецсодержащих эмалей
простое обезжиривание недостаточно для получения хорошего
сцепления эмалевого покрытия с металлом. Естественная окисная
пленка, как и окисная пленка, образующаяся в процессе кислот-
ного травления, имеет у сплавов алюминия рыхлую, неоднородную
структуру и содержит, кроме окиси. алюминия, также окислы
легирующих металлов. Сцеплейие эмали с металлом, покрытым
такой пленкой, оказывается также неравномерным; имеются места
с плохим сцеплением, на которых образуются отколы эмали
[351]. Для получения хорошего сцепления необходимо либо пол-
ностью удалить эту окисную пленку и создать на поверхности
металла новую пленку, более однородную по структуре, либо
пользоваться специальными грунтовыми эмалями. Применяют
различные способы обработки поверхности. Наиболее распростра-
нена хроматная обработка — погружение изделий в щелочные
растворы хромовокислых солей. Для получения растворов можно
пользоваться различными составами (в вес. ч.):
1. Cr2 (SO4)3 .............................. 2
Na2Cr2O7 • 2Н.,О 149
NaOH ..."............................... 79
Вода ...................................790
2. Cr2 (SO4)3 .............................. 2
К2СгО4..................................194
NaOH.................................... 39
Вода ...................................767
3. Cr2(SO4)3 ............................... 2
СгО3 ...................................100
NaOH....................................119
Вода ...................................800
392
Для удаления старой оксидной пленки и образования новой
с более благоприятными для эмалирования свойствами применяют
хромовокислотную обработку в растворе, содержащем смесь хро-
мовой и серной кислот и небольшие добавки плавиковой кислоты.
Одна из зарубежных фирм применяет для обработки раствор
хромовой кислоты, содержащей соли фтора: 2—10 г/л СгО3 и
0,5—0,6 г'л фторидов [NaBF4, NaHF2, (NH4) HF2, Na2SiF6].
Предложен также способ обработки металла в растворе тех-
нической фосфорной кислоты, содержащем одну объемную часть
Н3РО4, три объемные части воды и 10% смачивающего вещества.
Предложен способ обработки, состоящий в выдерживании
алюминия в течение 5 ч в атмосфере горячего водяного пара.
Слой гидроокиси, имеющей структуру бемита, по данным автора,
оказывает прекрасное сцепляющее действие [352].
Каждый способ обработки имеет специальный режим, соблю-
дение которого способствует приданию оптимальных свойств
поверхности металла. Наиболее распространенным способом яв-
ляется хроматная обработка, которая проводится в одном из при-
веденных выше растворов по следующему режиму:
. Листовой Отливки
металл
Температура раствора . . . 50° С 40° С
Продолжительность обра-
ботки .............. 4 мин 7 мин
Полученную на изделиях в результате обработки оксидную
пленку обычно закрепляют и уплотняют при помощи обжига в те-
чение нескольких минут при температуре 370—530° С.
Для получения хорошего сцепления и предотвращения реакции
алюминия со шликерами фосфатных эмалей некоторые авторы
рекомендовали для подготовки алюминия к эмалированию по-
крывать его слоем металлической меди. Для этого изделие погру-
жают в подкисленный раствор СиС12 или CuSO4 при комнатной
температуре и затем закрепляют полученный слой меди кратко-
временным обжигом при температуре 500° С. При этом металличе-
ская медь окисляется, образуя на поверхности алюминия слой
окиси меди. Этот способ подготовки промышленного применения,
по-видимому, не нашел, так как более эффективным оказывается
введение окиси меди в состав эмали при варке или при помоле.
В процессе обжига эмали происходит частичное восстановле-
ние окиси меди до металла и закиси меди, осаждающихся на
границе эмаль—алюминий. Эмали, содержащие окись меди, окра-
шены в голубой цвет.
Эмали
Эмали для алюминия по составу существенно отличаются от
эмалей для стали и чугуна. Низкая температура плавления
И высокий к. т. р. алюминия и его сплавов потребовали
393
разработки специальных легкоплавких составов с высоким к. т. р.
Наиболее трудно получить легкоплавкие эмали с достаточно вы-
сокой химической устойчивостью. Как известно, обычные эмали
для черных металлов представляют собой силикатные стекла,
а химическая устойчивость их обеспечивается довольно высоким
содержанием кремнезема (50—55%) при среднем содержании
щелочных окислов 20—25% (стр. 123). Однако для алюминия эти
эмали непригодны, так как они имеют слишком высокую темпе-
ратуру обжига и малый к. т. р. Снижение вязкости и температуры
обжига эмали только за счет уменьшения содержания кремнезема
и увеличения содержания окислов щелочных металлов в составе
эмали приводит к резкому падению химической устойчивости.
Эмали для алюминия разделяются на три группы: свинец-
содержащие; бессвинцовые силикатные, фосфатные.
Свинецсодержащие эмали. Свинецсодержащие эмали для алю-
миния ранее других получили широкое распространение. За ру-
бежом они применяются для эмалирования строительных деталей
и ряда других изделий. Эти эмали имеют хороший блеск и расте-
каемость, а также достаточно высокую химическую устойчивость.
На основе свинецсодержащих эмалей получают покрытия на
алюминии разнообразных цветов и оттенков как прозрачные, так
и заглушенные. В большинстве случаев эти эмали надежны в ра-
боте. Однако соединения свинца, вводимые с целью снижения
вязкости и температуры обжига этих эмалей, ограничивают их
применение. Как известно, соединения свинца ядовиты, кроме
того, они довольно дороги и дефицитны. Наличие соединений
свинца не только исключает возможность применения свинец-
содержащих эмалей для посудных изделий, но опасно для здо-
ровья работающих и требует особых мер предосторожности при
составлении шихт, варке эмалей и нанесении шликеров на
изделия.
Составы свинецсодержащих эмалей по данным зарубежной
литературы можно разбить на несколько групп — с большим,
средним и малым количеством окиси свинца. Все эти эмали пред-
ставляют собой свинцовосиликатные или свинцовоборосиликат-
ные стекла. Для повышения химической устойчивости в состав
свинецсодержащих эмалей вводят соединения лития и двуокись
титана. Составы эмалей в патентах и статьях приведены в общем
виде; содержание окислов варьируется в очень широких пределах
[348, 353].
В ЛТИ им. Ленсовета получены свинецсодержащие эмали,
достаточно устойчивые к действию кипящей воды и растворов
органических’ кислот (уксусной и лимонной). Некоторые эмали
устойчивы также и к 20-процентному раствору серной кислоты,
что важно при использовании их для эмалирования ювелирных
изделий, подвергающихся отбелу (см. гл. VII).
Для глушения свинецсодержащих эмалей применяют соедине-
ния сурьмы и молибдена, вводимые в состав фритты. Глушение
394
при одновременном окрашивании эмали достигается введением
различных пигментов при помоле.
Свинецсодержащие эмали перспективны в качестве покрытий
для некоторых строительных деталей, ювелирных изделий, в ка-
честве электроизоляционных покрытий и т. п. Составы некоторых
свинецсодержащих эмалей приведены в табл. 63 и 67.
Таблица 63
Химический состав эмалей для алюминия (в вес. %)
Компоненты Свинецсодержащие эмали Бессвинцовые эмали Фосфатные „ эмали
1 а 2 А Б 3 4 В Г 204
Р2О5 — — — — — — 44,0 39,1 60
SiO2 29,2 36,0 28,4 23,5 29,0 36,6 — — —
TiO2 ] 1,5 2,0 9,9 8,6 24,7 24,7 ' — 2,7 —
В2О3 5,5 5,0 — 11,5 12,0 4,0 7,1 3,9 —
А12О3 — — — 3,0 1,0 — 21,2 18,1 5
РЬО 24,9 35,5 42,9 — — — — — —
ZnO — —. — — 3,0 — — — 11
ВаО — — — 14,5 — — — — —
СаО — — — 10,5 8,0 — — — —
MgO — — — — 2,0 — — — 4
к2о 10,4 4,5 6,3 11,2 — — — — 6
Na2O 11,7 13,5 10,0 12,2 25,0 30,7 20,0 22,8 10
Li2O 2,8 3,5 2,5 5,0 4,0 4,0 3,7 3,4 4
Sb2o3 4,0 — — — — — — — —
CuO — — — — — — 4"0 — —
Сумма 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100
+ F (в вес. ч.) — 2,0 — — — — 3,8 — —
Примечание. Эмали 1а — 4 разработаны ЛТИ им. Ленсовета [348];
эмали, обозначенные буквами, приведены в иностранной литературе; эмаль 204
предложена в качестве основы эмалей для литейнцх сплавов алюминия [358].
Бессвинцовые силикатные эмали. В качестве бессвинцовых эма-
лей для алюминия за границей применяют многокомпонентные
боросиликатные составы, в которых окись свинца заменена оки-
слами других двухвалентных металлов (BaO, ZnO, CaO, SrO).
Эти эмали содержат в большинстве случаев ядовитые соединения
бария и цинка. Бессвинцовые эмали имеют несколько более
высокую температуру обжига и не так гладко растекаются на
395
алюминии, как свинецсодержащие, а по химической устойчивости
и твердости несколько превосходят свинецсодержащие эмали.
Количество компонентов бессвинцовых эмалей можно значи-
тельно сократить, увеличив содержание двуокиси титана в составе
эмали. Увеличение количества TiO2 и А12О3 позволяет повысить
содержание окислов щелочных металлов, не снижая химической
устойчивости эмали, при этом окислы двухвалентных металлов
могут быть исключены из состава эмали.
На основе изучения тройной системы Na2O—TiO2—SiO2
получены эмали простого состава (5—7-компонентные), облада-
ющие хорошей химической устойчивостью (классы АА и А,
стр. 448), белизной примерно 70%, хорошей растекаемостью
на алюминии при температуре 560—570° С [354]. Двуокись ти-
тана благоприятно сказывается на устойчивости эмалей к воде
и кислотам; максимум устойчивости наблюдается при соотношении
Na2O : TiO2 : SiO2, равном 1:1:1. Замена кремнезема дву-
окисью титана в бисиликате натрия Na2O-2SiO2 (до 0,75 моля)
повышает растекаемость эмали. Дальнейшее увеличение содержа-
ния ТЮ2 вызывает кристаллизацию эмалей. Изменение соотно-
шения щелочных окислов, особенно введение окиси лития, а также
добавки небольших количеств В2О3 и А12О3 позволяют варьиро-
вать свойства этих эмалей [355].
Составы бессвинцовых силикатных эмалей приведены
в табл. 63 и 67.
Фосфатные эмали. Фосфатные эмали представляют особый
интерес и, по-видимому, весьма перспективны для эмалирования
алюминия. Имеются отдельные указания о применении их в про-
изводстве.
Фосфатные эмали, в которых стеклообразователем является
легкоплавкий фосфорный ангидрид, можно получить значительно
более легкоплавкими, чем силикатные. Все фосфатные эмали со-
держат как обязательный компонент окись алюминия, что при-
дает им химическую устойчивость. Содержание же кремнезема
в фосфатных эмалях нежелательно, так как он ухудшает их свой-
ства. Кремнезем повышает температуру обжига, но в ряде случаев
понижает химическую устойчивость.
Разработкой фосфатных эмалей занимаются многие исследова-
тели как в Советском Союзе, так и за границей [356—358]. В ка-
честве основы эмалей для алюминия изучались трех-, четырех-
и пятикомпонентные системы. Система Р2ОВ—А12О3—В2О3—
ТЮ2—-Na2O явилась основой для разработки ряда эмалей фос-
фатноборатного типа. В этих эмалях оптимальное отношение
Р2ОБ : А12О3 близко к единице, т. е. в основе их лежит ортофосфат
алюминия А1РО4. Глушителем в эмалях этого типа является дву-
окись титана, которая кристаллизуется во время обжига в форме
анатаза.
Разработаны фосфатные эмали на основе системы К2О—А12О3—•
В2О3—Р2ОБ. В состав этих эмалей вводят двуокись титана и
396
бКйсЬ меди. В качестве глушителя фосфатных эмалей добавляют
при помоле двуокись титана и трехокись молибдена.
Исследования, проведенные Варгиным и Цехомской [356],
изучавшими метафосфаты щелочных металлов, алюминия и цинка
в качестве основы эмалей для алюминия, позволили получить
безборные фосфатные эмали, весьма легкоплавкие и хими-
чески устойчивые. Температура обжига этих эмалей примерно
400° С.
Как и другие эмали, фосфатные эмали могут быть окрашены
в различные цвета добавлением пигментов при помоле. В их состав
в качестве сцепляющих добавок часто вводят окислы меди, ко-
бальта, .кадмия, молибдена и др. Составы фосфатных эмалей,
предложенные различными авторами, приведены в табл. 63.
Все эмали можно окрашивать как при варке, так и при помоле,
для чего вводят красящие окислы в состав шихты или добавляют
пигменты при помоле. Для получения красных и желтых эмалей,
окрашиваемых соединениями кадмия, в состав эмали необходимо
вводить окись кадмия.
Свинецсодержащие эмали обычно можно применять как в ка-
честве грунтовых, так и покровных эмалей, не меняя их состав.
Окись свинца является активатором сцепления для этих эмалей.
В состав бессвинцовых эмалей при использовании их в качестве
грунтовых рекомендуется вводить активаторы сцепления — 1 —
8% окислов меди, сурьмы, олова, молибдена и др. Хорошее
сцепляющее действие оказывают соединения кадмия при введении
в состав шихты, а также при добавке на мельницу, например
в виде углекислого кадмия (0,5—-1%).
В зависимости от состава и свойств эмалей варка производится
при различной температуре в течение более или менее длительного
времени (стр. 57). Так, свинецсодержащие легкоплавкие эмали
варят при температуре 900—1000° С в течение 1 ч. Варка бессвин-'
цовых силикатных эмалей производится при несколько более
высокой температуре — 1000—1150° С, варка фосфатных — при
температуре 1000—1300° С.
От режима варки зависят многие свойства эмали, прежде
всего заглушенность, химическая устойчивость и температура
обжига. Варка свинецсодержащих эмалей при недостаточно вы,-
сокой температуре может дать снижение химической устойчи-
вости. Длительное выдерживание некоторых эмалей при темпера-
турах ниже оптимальной температуры варки может вызвать гру-
бую кристаллизацию эмалей.
Готовность эмалевого расплава проверяют пробой. на нить
и лепешку, как и эмалей для стали. Готовые эмали гранулируют,
выливая их тонкой струей на охлаждаемые изнутри водой сталь-
ные вальцы (сухая грануляция), или отливают в плитки на сталь-
ную плиту. Более химически устойчивые бессвинцовые эмали
можно гранулировать и мокрым способом, выливая их в бак с про-
точной водой.
397
Эмалирование
Приготовление шликеров. Эмали для нанесения на алюминий
обычно измельчают мокрым способом. Пудровый способ нанесе-
ния почти не применяют. Иногда вначале фритту размалывают
без воды и лишь перед окончанием помола в барабан наливают
воду и вводят необходимые добавки. Помол ведут в обычных ша-
ровых мельницах. Рекомендуется использовать барабаны только
с фарфоровой футеровкой и мелющими телами; по другим данным
это не имеет большого значения и можно делать помол и в бараба-
нах с обычной кварцитовой или диабазовой футеровкой. Про-
должительность помола эмалей для алюминия значительно больше,
чем эмалей для стали, так как шликер наносят очень тонкими
слоями, и для получения равномерного покрытия малые размеры
частиц играют важную роль. Так, продолжительность помола
в мельнице на 70 кг составляет 16 ч. Особенно рекомендуется
охлаждать барабаны снаружи проточной водой во избежание
повышения температуры шликера, так как при длительном по-
моле и малой крупности частиц повышение температуры значи-
тельно ускоряет выщелачивание частиц эмали водой.
Тонина помола определяется остатком от пробы шликера
объемом 50 мл на сите № 0045 (16 000 опгв!см2) и Должна состав-
лять 0,1—0,2 г. Размеры частиц эмали при этом примерно 10 мкм.
Более тонкий помол не рекомендуется, так как при слишком ма-
лых размерах частиц возможны разрывы в эмалевом покрытии
и комкование частиц шликера.
Удельный вес шликеров несколько больше, чем у эмалей для
стали, особенно при использовании тяжелых свинецсодержащих
фритт, и составляет 1,8—2,1. Воду добавляют в количестве 40—
50 вес. ч. на 100 вес. ч. фритты, причем вначале наливают только
половину требуемого количества, а остальную воду доливают
за 2—3 ч до окончания помола.
Рабочие свойства шликеров и качество получаемых покрытий
в значительной степени определяются природой и количеством
добавок при помоле. При эмалировании стали основное назначе-
ние мельничных добавок (глины и электролитов) — способствовать
сохранению частиц фритты в суспендированном состоянии. Функ-
ции мельничных добавок в шлйкерах эмалей для алюминия зна-
чительно сложнее и многообразнее.
Часто тонко размолотые частицы фритт с недостаточной устой-
чивостью к воде в процессе помола выщелачиваются водой шли-
кера. В первую очередь происходит выщелачивание окислов
щелочных металлов, вследствие чего вода шликера приобретает ще-
лочную реакцию. Как было указано выше, алюминий легко реаги-
рует со щелочными растворами. При нанесении шликера на алю-
миний происходит химическая реакция, выделяются газы, иногда
даже наблюдается вспенивание шликера на металле еще до об-
жига эмали. Для нейтрализации высокой щелочности и замедле-
398
ния реакции шликера с металлом в состав мельничной добавки
вводят вещества, оказывающие буферное действие, например бор-
ную кислоту.
Большинство эмалей для алюминия не обладает большим ин-
тервалом обжига. Оплавление их начинается при температуре,
близкой к температуре обжига. Во время нагревания изделия до
этой температуры металл расширяется быстрее, чем слой необож-
женной эмали, поэтому высушенный эмалевый слой часто растрес-
кивается до обжига. Так как эмали и при температуре обжига до-
вольно вязки, на обожженном покрытии могут быть видны за-
плавленные трещины. Для расширения интервала обжига и ус-
корения появления жидкой фазы при нагревании обжигаемых
изделий в состав мельничных добавок вводят также вещества,
являющиеся хорошими плавнями. В качестве таковых применяют
силикаты и бораты щелочных металлов (Na2SiO3, KgSiOg, Li2SiO3,
Na2B4O7), бораты свинца, соединения молибдена и др.
Наконец, в качестве суспендирующей добавки для поддержа-
ния частиц шликера во взвешенном состоянии в эмали для алю-
миния иногда вводят в небольших количествах бентонит (0,5 вес. ч.
на 100 вес. ч. фритты). Глину в эти эмали не вводят , так как при
использовании ее в количествах даже меньших, чем для эмалей
по стали, покрытия получаются матовыми, температура обжига
эмали резко повышается. Бентонит, вводимый в малых количест-
вах, не дает этого дефекта и позволяет сохранить шликер в под-
вешенном состоянии в течение довольно продолжительного вре-
мени (более 10 суток) и,получать равномерные покрытия без по-
теков и уколов.
Длительное хранение шликеров не рекомендуется, так как из-за
большой тонины помола могут образоваться комки, которые очень
трудно разбиваются и мешают равномерному нанесению эмали.
Кроме перечисленных мельничных добавок, некоторые авторы
рекомендуют вводить в состав шликеров в качестве буферного
соединения пирофосфат натрия (0,25 вес. ч. на 100 вес. ч. фритты),
а для улучшения сцепления и предотвращения восстановления
окиси свинца —• небольшие количества окислителей, например
К2Сг2О7, КМпО4 или NaNO2.
Тщательные исследования показали влияние различных по
составу и количеству мельничных добавок на качество эмалевого
покрытия. При исследованиях был использован металл как про-
ходивший, так и не проходивший предварительную обработку
в растворах хромата калия. Изучалось влияние добавок на устой-
чивость эмалевых покрытий к растворам лимонной кислоты и фос-
форнокислого натрия, а также на блеск и отсутствие дефектов.
Испытаны Na2SiO3, Н3ВО3, РЬ (ВО2)2 и другие добавки в сухом
виде, а также в виде предварительно составленных растворов
или сплавов. Оптимальное количество Na2SiO3 и Н3ВО3 в соот-
ношении 1 : 1 или 2 : 1 составляет в сумме 6—10 вес. ч. на 100 вес. ч.
фритты.
399
Избыток борной кислоты заметно снижает химическую устойчи-
вость к действию кислоты. Недостаток борной кислоты и избыток
щелочей в мельничной добавке усиливает реакцию шликера с ме-
таллом, что приводит к появлению трещин и пузырей на покрытии.
Различные фирмы применяют в качестве мельничных добавок
готовые смеси указанных выше веществ.
Нанесение эмали. Эмаль на подготовленные изделия чаще
всего наносится способом пульверизации. Окунание изделий
в шликер при эмалировании алюминия не дает хороших резуль-
татов. Обычно шликеры готовят без добавления глины, поэтому
они получаются слишком подвижными и трудно получить конси-
стенцию, которая нужна для нанесения способом окунания.
Для уменьшения толщины покрытия шликер приходится разбав-
лять водой. Одновременно для увеличения консистенции в ка-
честве заправочного средства добавляют фосфорную кислоту.
Нанесение шликера пульверизацией позволяет получать рав-
номерные покрытия заданной толщины. Для этого используют
ручные пистолеты-пульверизаторы марок 031 и 045.
В зависимости от вязкости шликера давление воздуха регули-
руют при помощи редуктора в пределах 2—4 ати. Как указыва-
лось выше, эмали на алюминии во время обжига малоподвижны
и растекаются незначительно, поэтому неровности покрытия
(волнистость, потеки, разнотолщинность) в процессе обжига
не могут сгладиться. Для получения равномерного покрытия струю
распыляемого шликера направляют перпендикулярно поверх-
ности изделия, держа пульверизатор на расстоянии 25—30 см
от него. Слой наносимой эмали должен быть слегка влажным;
потеки и полосы шликера недопустимы. При нанесении эмали
вручную пистолет-пульверизатор перемещают в плоскости, парал-
лельной поверхности изделия, сначала в одном направлении,
а затем второй раз опыляют ту же поверхность, перемещая пуль-
веризатор в перпендикулярном направлении.
Обычно шликер наносят на изделия двумя слоями. Первый
слой толщиной 0,035—0,050 мм — грунтовый. Для грунтового
слоя часто применяют отходы покровной эмали.
Грунтовый слой наносят на обе стороны изделия во избежание
сильных деформаций при обжйге. После обжига грунта наносят
покровную эмаль слоем толщиной 0,05—0,07 мм. Таким образом,
суммарная толщина покрытия не превышает 0,12 мм-, обычно она
составляет 0,07—0,1 мм. Расход эмали при этом составляет около
110 г/м2 на каждые 0,025 мм толщины, т. е. около 450 г/м2 при тол-
щине покрытия 0,1 мм. Правильность нанесения эмали прове-
ряют взвешиванием образцов до и после пульверизации.
Кабины для нанесения эмали оборудуют сильной вентиляцией,
а также установками для улавливания отходов эмали с целью их
последующей утилизации.
На крупных предприятиях, выпускающих строительные де-
тали, нанесение эмали механизировано и автоматизировано. Из-
400
делия, уложенные или подвешенные на конвейере, проходят
через кабины, в которых пульверизаторы автоматически пере-
мещаются параллельно поверхности покрываемых изделий. На
некоторых заводах применяют и электростатический способ нане-
сения шликера (стр. 216).
Сушка. Изделия, покрытые шликером, сушат при низкой
температуре (30—40° С) во избежание реакции металла с влагой
шликера. Часто, особенно если обжиг производится в конвейер-
ных печах, специальных сушильных устройств не применяют.
Избыточная влага удаляется во время прохождения изделий через
зону подогрева печи. Не рекомендуется длительный перерыв
между нанесением и обжигом эмали. Частицы пыли, оседающие
на поверхности изделий, покрытых шликером, могут явиться при-
чиной дефектов покрытия. Вследствие низкой температуры об-
жига органические загрязнения могут сгореть не полностью, а
неорганические не успевают раствориться в эмали, и в результате
на покрытии появляются точки и пузыри. По этой же причине
к изделиям, покрытым шликером, нельзя прикасаться руками,
так как на покрытии остаются следы; поэтому необходимо поль-
зоваться перчатками из мягкой ткани. Продолжительная сушка
и сушка при высоких температурах может привести к растрески-
ванию эмалевого покрытия. Рекомендуется помещать изделия
в печь обжига немедленно после исчезновения видимых следов
влаги. На некоторых заводах производится сушка покрытий
при помощи инфракрасных лучей (стр. 158).
Обжиг. Изделия обжигают в эмалировочных печах как перио-
дического действия, так и в конвейерных. Вследствие высокого
коэффициента расширения алюминия и возможности деформации
изделий при неравномерном нагреве, а также в связи с малым ин-
тервалом оплавления эмалей особенное значение имеет постоян--
ство температуры по всему печному пространству. В зависимости
от вида эмали обжиг производят при температуре 530—580° С.
Продолжительность выдерживания изделий в печи зависит от
толщины металла, свойств данной эмали, величины загрузки,
конструкции печи и т. д. Обычно большую часть времени обжига
занимает нагревание изделия до температуры обжига, а время
оплавления покрытия составляет 2—3 мин. Общее время обжига
равно 5—15 мин. При сравнительно низкой температуре обжига
эмалей для алюминия изменяются условия теплопередачи от
нагревательных элементов печи к изделиям в сравнении с усло-
виями при обжиге стальных изделий. Прямое теплоизлучение
начинает играть меньшую роль по сравнению с конвекцией.
Поэтому в печах для обжига эмалированного алюминия необ-
ходимым условием получения равномерной температуры (откло-
нения от заданной не должны превышать ±5°) является принуди-
тельная циркуляция нагретого воздуха в печном пространстве.
Чаще всего для обжига эмалированного алюминия применяют
печи конвейерного типа с электрообогревом, циркуляцией
26 В, В. Варгин 401
горячего воздуха автоматическим контролем температуры.
Используют и терморадиационные печи с газовым обогревом,
где в качестве теплоизлучающих элементов применяют трубы из
нержавеющей стали, по которым циркулируют горячие продукты
сгорания топлива.
Важное значение имеет правильное размещение изделий в печи
во время обжига. Алюминий при этом должен иметь возможность
Рис. 130. Схема установки для
эмалирования алюминиевой
фольги:
1 — размоточный барабан; 2 — на-
правляющий ролнк; 3 —пульвери-
зационная кабина; 4 —пульвериза-
торы; 5 — печь для обжига покры-
тий; 6 —барабан для намотки эма-
лированной фольги; 7—вентилятор
беспрепятственно расширяться. Не-
большие изделия, например плитки,
обжигают в горизонтальном положе-
нии; большие архитектурные детали
чаще обжигают в подвешенном со-
стоянии.
В качестве материала для обжи-
гового инструмента используют нер-
жавеющие стали, которые в области
температур обжига эмалей для алю-
миния служат практически неогра-
ниченное время.
Эмалирование алюминиевой фоль-
ги. Алюминиевая фольга толщиной
0,1—0,2 мм, покрытая эмалью, пред-
ставляет собой облицовочный мате-
риал, применяемый в виде обоев,
наклеиваемых как на обычную клад-
ку, так и в виде наружной оболочки
строительных слоистых панелей
(стр. 228).
Эмалирование столь тонкого и
гибкого материала в виде отдельных
листов неосуществимо, так как фоль-
га во время пульверизации изги-
бается, а в печи скручивается, что
нарушает целостность эмалевого
слоя. Поэтому эмалируемую фольгу
все время приходится держать натя-
нутой и вести эмалирование непрерывным способом.
Лента фольги, намотанная на барабан, сматывается с него,
проходя последовательно через пульверизационную камеру и
печь для обжига, выполненную в виде узкой щели. После обжига
эмали готовая эмалированная лента вновь сматывается в рулон
(рис. 130).
Контроль готовых эмалированных изделий осуществляется
обычными методами. Специфически метод испытания, характе-
ризующий прочность сцепления эмали с металлом, — проба
на скалывание. Образец с обнаженной кромкой металла погру-
жают в 5-процентный раствор хлористого аммония NH4Q при
комнатной температуре на 96 ч. Сцепление считается достаточным,
402
если эмаль около среза не скалывается на расстоянии более 2 мм
до его края.
Пороки эмалевого покрытия. К наиболее распространенным
дефектам эмалевого покрытия на алюминий относятся пузыри,
уколы и трещины. Образование пузырей и уколов объясняется
в основном теми же причинами, что и на покрытиях стальных
изделий (стр. 321). Часто дефекты образуются вследствие недо-
пустимого количества примесей в металле, а также неправильной
подготовки поверхности перед эмалированием.
Растрескивание эмалевого покрытия возможно при слишком
быстрой сушке; на чистом алюминии трещины в покрытии появ-
ляются при многократном обжиге изделий.
26*
Глава VII
ЭМАЛИРОВАНИЕ ЮВЕЛИРНЫХ ИЗДЕЛИЙ
ИЗ ЦВЕТНЫХ И ДРАГОЦЕННЫХ МЕТАЛЛОВ
Эмалирование драгоценных и цветных металлов получило ши-
рокое распространение при производстве художественных и юве-
лирных изделий различного назначения.
В СССР ювелирные эмали в основном производятся Дулевским
красочным заводом керамических красок.
Металлы для эмалирования
Золото, серебро и их сплавы применяются главным образом
для изготовления орденов и других особо ответственных изделий.
Для других видов изделий (например, декоративных ваз, кубков,
значков, эмблем) применяют медь и ее сплавы, а также биметалл,
представляющий собой листовую нелегированную сталь, на ко-
торую накатан тонкий слой меди. С целью экономии цветных ме-
таллов для изготовления эмалированных ювелирных изделий ис-
пользуют алюминий.
Свойства чистых металлов, применяемых для производства
эмалированных художественных и ювелирных изделий, приведены
в табл. 64.
Золото, серебро и медь отличаются исключительной ковко-
стью и тягучестью, особенно золото. Из 1 г золота можно вытя-
нуть проволоку длиной 3 км, а при помощи ковки или проката
может быть получена золотая фольга толщиной до 0,0001 мм.
Чистые металлы имеют более высокую температуру плавле-
ния, чем их сплавы. Обязательным условием для эмалирования
является сравнительно высокая температура плавления металла,
позволяющая в процессе обжига эмалевого слоя подвергать из-
делие воздействию высокой температуры (до 750—850° С) без его
деформации, а также отсутствие в металле примесей (железа,
алюминия, сурьмы и олова), которые даже в небольших коли-
чествах вызывают образование пороков в эмалевом слое.
Сплавы золота. Вследствие малой твердости чистого золота
для изготовления ювелирных эмалированных изделий применяются
тройные сплавы золота, серебра и^еди, реже — двойные сплавы
404
Свойства металлов подгруппы меди [359]
Таблица 64
Физические свойства Золото Серебро Медь
Удельный вес 19,3 10,5 9,0
Твердость по шкале Мооса 2,5 2,7 3,0
Теплопроводность (если теплопро- водность ртути принять равной еди- нице) 35 49 46.
Температура плавления в °C Коэффициент термического расши- рения (объемный За 10’): 1063 961 1083
в интервале 0—100° С 450 600 —
» » 0—500° С — — 540
Электропроводность 40 59 57
Примечание. За единицу электропроводности принята водность ртути. электропро-
золота с серебром и золота с медью. По Бринелю твердость золота
равна 18,1 кПммг, твердость сплава золота с медью 965-й пробы —
34,8 кПмм1, твердость сплава 880-й пробы — 81 кГ1ммг и т. д.
Так, для изготовления ценных изделий применяют сплав
золота 950-й пробы, содержащий 95% Ан, 2% Ag и 3% Си. Для
других видов эмалированных изделий наиболее широкое приме-
нение получил сплав 920-й пробы, в котором содержание серебра
составляет 3—-5%, остальное—-медь. Применяют также сплавы
следующих составов: 66,7% Au, 30% Ag, 3,3% Си; 66,7% Аи,
25% Ag, 8,3% Си; 88% Аи, 12% Си.
Золото с серебром и золото с медью сплавляются в любых со-
отношениях, образуя сплавы однородной структуры. Темпера-
тура плавления сплавов золота с серебром лежит между темпера-
турами плавления соответствующих чистых металлов. Цвет спла-
вов постепенно изменяется от желтого цвета золота до белого цвета
серебра. При содержании 68% Ag желтый цвет золота исчезает.
Твердость сплавов золота с медью возрастает с увеличением
содержания последней до 20%, а затем равномерно понижается.
Цвет золотомедных сплавов изменяется от желтого до красного.
Сплавы золота с серебром и медью сравнительно хорошо под-
даются ковке и прокату. Сплавы золота с медью лучше поддаются
эмалированию при высоком содержании золота. При малом содер-
жании золота в сплаве применение его для эмалирования ограни-
чено.
Сплавы серебра. Ввиду нейтральной окраски серебро наиболее
пригодно для нанесения прозрачных эмалей. Лучшими для эма-
лирования являются сплавы 916—950-й проб, содержащие
405
91,6—95% серебра, а остальное — медь. В СССР более ценные
художественные изделия и ордена изготовляются из серебра 925-й
пробы (92,5% Ag и 7,5% Си). Сплавы с высоким содержанием меди
имеют значительно более низкую температуру плавления. Сплав
925-й пробы плавится при температуре 1020° С, 875-й пробы —
при 880° С, 800-й пробы — при 820° С; сплав 720:й пробы, являю-
щийся эвтектикой, плавится при температуре. 778° С. Для эмали-
рования таких сплавов применяют особенно легкоплавкие эмали.
Сплавы меди. Благодаря относительно высокой температуре
плавления (1083° С), сходству по цвету с золотом и невысокой
стоимости медь очень часто применяют для изготовления юве-
лирных и художественных эмалированных изделий. Наиболее
пригодны для этой цели томпаки, представляющие собой сплавы
меди с цинком (до 10%). Сплавы меди с более высоким содер-
жанием других металлов, например латунь (30—40% Zn), непри-
годны для эмалирования. Для их использования приходится пред-
варительно обогащать поверхность медью, выщелачивая другие
металлы травлением в кислотах или покрывать ее тонким слоем
меди гальваническим способом.
Изготовление металлических заготовок
По способу изготовления эмалированные изделия из цветных
металлов разделяются на выемчатые и перегородчатые. При из-
готовлении выемчатых изделий рисунок на металле выполняют
гравированием и полученные углубления заполняют эмалью.
В последнее время рисунок на мелких изделиях обычно полу-
чают штамповкой. Углубленные участки заготовок заполняются
эмалью, а выступающие шлифуются и образуют блестящий ме-
таллический контур или надпись. При изготовлении перегород-
чатых филигранных изделий для получения рисунка на металли-
ческую основу напаивают гладкие и крученые металлические про-
волочки (скань).
Для изготовления выемчатых изделий металлическую основу
подвергают последовательно механической, термической и хи-
мической обработке. Сначала из листового металла (пластины,
полосы или ленты) вырубают, отжигают и отбеливают (в 9—12-
процентном растворе серной кислоты при температуре 50—60° С)
плоские заготовки, имеющие приближенные размеры и контуры
заданного изделия. На полученных таким образом заготовках
при помощи гравировальных штампов на фрикционных прессах
штампуют рельефный рисунок, на эксцентриковых прессах об-
рубают облой, затем заготовки опиливают по контуру, к ним при-
паивают детали, после чего следует химическая подготовка к эма-
лированию.
Во всех случаях припаивания деталей перегородок или скани
следует применять припои, температура плавления которых
выше температуры обжига эмали на металле. Рекомендуются при-
406
пои следующего состава: золотой (80% Au, 20% Ag) и серебря-
ный (70% Ag, 26% Си и 4% Zn).
Заготовки из сплавов золота. Как упомянуто выше, для эма-
лирования применяют сплав золота 950-й пробы. Материал по-
ступает в виде ленты длиной до 2 м различной ширины (до 44 мм)
и толщины (i—-2 мм).
Технологический процесс изготовления изделий состоит из
следующих операций: вырубки на эксцентриковом прессе, снаб-
женном однопуансонным штампом и прижимными скобками, от-
жига заготовок, отбела, крацевания и механической обработки.
Заготовки обычно отжигают в электрической печи (ПН-12),
соединенной с регулирующим контактным гальванометром. Раз-
меры камеры печи 850x350x300 мм. Металлические заготовки
раскладывают на жароупорной металлической сетке в один слой
и выдерживают в печи при температуре 680—700° С в течение 20—
30 мин. Если по длине печи наблюдается недостаточно равномер-
ное распределение температуры, через 10—15 мин после загрузки
в печь сетку с изделиями при помощи поворотного станка повора-
чивают на 180°. После охлаждения заготовок на воздухе произво-
дят выборочный контроль (по одному образцу с каждой сетки)
твердости на приборе Роквелла, снабженном шкалой (F)1, под-
ставкой и шариком в Vie”- Твердость металла HRF должна соот-
ветствовать 45—55 единицам.
Отбел отожженных заготовок -осуществляется в растворе
серной кислоты концентрации 9—12% при температуре 50—60° С
в течение 10—-15 мин, затем изделия промывают в холодной и
горячей воде. В чашу для отбела и на промывку изделия по-
даются расположенными в один слой на медном сетчатом про-
тивне. Затем заготовки обрабатывают на крацовочном станке
щетками из латунной проволоки диаметром 0,10—0,12 мм
(КЩ-125), увлажняя их 1—2-процентным раствором поташа или
соды. После крацевания заготовки вновь промывают в проточной
холодной и горячей воде и сушат в сушильном устройстве или
центрифуге. Качество поверхности и вес обработанных заготовок
подвергаются вторичному контролю.
Заготовки, прошедшие контроль, поступают на второй цикл
обработки — сверление и фрезерование. Отверстия для штифтов
сверлят на настольном сверлильном станке, выступы фрезеруют
в середине лицевой стороны заготовки до уровня плоскости ос-
новы специальным приспособлением.
После каждой механической операции заготовки подвергают
отжигу, отбелу и крацеванию. Последующие отжиги произво-
дятся при более высокой температуре (780—800° С) в течение 15—
20 мин. Условия отбела и крацевания аналогичны приведенным
выше.
1 Шкала F применяется при измерении твердости драгоценных и цветных
металлов при подготовке их к эмалированию.
407
Заготовки из сплавов серебра. В большинстве случаев при-
меняется серебро 925-й пробы. Технология изготовления сереб-
ряных заготовок в основном такая же, как золотых, но несколько
более трудоемка при меньшем количестве контрольных операций.
Вырубка заготовок осуществляется на эксцентриковом прессе,
а.отжиг при тех же условиях, что и золотых. Серебряные заго-
товки после отбела и промывки подвергают травлению в концен-
трированной азотной кислоте удельного веса 1,28—1,30 в течение
1 мин. В барабан, установленный в вытяжном шкафу, загружают
до 300 заготовок. Изделия промывают последовательно в четырех
бачках. Содержание серебра в последнем бачке должно быть
не более 0,01 г/л; при более высоком содержании серебра промывку
продолжают. После промывки производят крацевание заготовок
аналогично обработке золотых заготовок. Затем выполняется
ряд механических операций: штамповка на 200—300-тонном фрик-
ционном прессе, обрезка облоя на кривошипном прессе, набивка
клейма завода на обратной стороне заготовки, сверление и зен-
кование отверстий, Монтировка заготовок (опиловка и шабрение
по контуру вручную).
Химическая обработка серебряных заготовок перед эмалиро-
ванием заключается в двухкратном травлении их в азотной кислоте
удельного веса 1,35—1,40 в течение 1 мин с последовательной че-
тырехкратной промывкой и крацеванием после каждого травле-
ния. Подготовка к эмалированию заканчивается обжигом в элек-
трической печи при температуре 800 ± 10° С в течение 1,5—2 мин
до появления на поверхности равномерной побежалости, образую-
щейся, по-видимому, вследствие окисления меди, содержащейся
в сплаве. Этот прием термической обработки сплавов серебра
перед эмалированием способствует смачиваемости поверхности
металла эмалью и развитию сцепления.
Если после травления серебряных заготовок проходит более
12 ч, то перед обжигом их следует подвергнуть декапированию
в 2—3-процентном растворе бррной кислоты в течение 2—3 мин
и промыть последовательно в проточной холодной и горячей воде.
Заготовки из сплавов меди. Изготовление заготовок из сплавов
меди менее сложно, чем из драгоценных металлов, и требует мень-
шего числа операций. Значки и эмблемы из томпака изготовляют
следующим образом. Материал разрезают на полосы соответствую-
щих размеров на гильотинных ножницах. Из полос нарезают за-
готовки на блок-ножницах или вырубают специальным штампом
на прессе.
Отжиг заготовок производится в электрической печи при тем-
пературе 600—650° С в течение 30—45 мин. Твердость их должна
быть 45—55 единиц. Отбел заготовок осуществляется в 9—12-
процентном растворе серной кислоты при температуре 60—70° С
в течение 30—45 мин. Одновременно загружают 250—300 кг
заготовок. Промывка заготовок вначале ведется в проточной хо-
лодной воде, а затем их ссыпают в сборник с горячей водой.
408
Заготовки сушат в центрифуге по 25—30 кг в течение 4—5 мин
при температуре воздуха 60—80° С. После сушки заготовки штам-
пуют на фрикционном 100-тонном прессе. Оборотная сторона
значка штампуется с наметкой под булавку и пластинку. Возможна
также чеканка заготовок на чеканочном 160-тонном прессе.
Облой обрезается на эксцентриковом прессе штампом, соот-
ветствующим контуру значка.
Травление заготовок производится в травильном помещении
с вытяжной вентиляцией. Изделия загружают в чан с меланжем
или смесью концентрированных кислот — серной, азотной и
соляной - в объемном соотношении 1:1: 0,02. Продолжитель-
ность травления 4—6 сек; затем следуют промывка и сушка.
Кроме меди и томпака, для большого ассортимента ювелир-
ных изделий и значков применяется биметалл. Заготовки из этого
материала, так же как из томпака, изготовляют штамповкой
на соответствующих прессах.
Заготовки для перегородчатых эмалированных изделий. Изго-
товление перегородчатых изделий (сканные работы) было наиболее
распространенным способом эмалирования цветных металлов
в России на протяжении IX—-XX вв. Скань получают скручива-
нием двух или нескольких проволочек в веревочку, которую затем
расплющивают в ленточку. Если скань напаивается на изделие,
то такие работы называют филигранными.
Для скани применяется проволока разной толщины из чистых
металлов — золота, серебра и меди. Серебряная и медная прово-
лока изготовляется на заводах и выпускается в мотках и катушках.
Золотую проволоку протягивают мастера-эмалировщики.
При наборе рисунка ребра скани смазывают клеем и укрепляют
скань на поверхности изделия. Затем скань на пластинках увя-
зывают отожженной проволокой, а на крупных изделиях сложной
конфигурации обжимают тонкой железной сеткой. Для припаива-
ния набранной скани изделие смачивают водой, засыпают мелко-
пиленым серебряным припоем, смешанным с жженой бурой, и
нагревают. После припаивания скани изделие подвергают отбелу
в 15—47-процентном растворе соляной кислоты и кипятят его
до удаления окисного слоя и остатков буры. Затем следуют про-
мывка, крацевание и сушка.
Особенно широко распространено изготовление художествен-
ных перегородчатых эмалированных изделий в Китае, в частности
Декоративных ваз: Технология производства этих изделий от-
личается большой трудоемкостью.
Эмали
Эмали для цветных металлов должны удовлетворять ряду
требований. Они должны быть устойчивы по отношению к мине-
ральным кислотам, так как после обжига эмалированные изделия
подвергаются оФбелу в растворах кислот.
409
Эмали должны быть легкоплавки, хорошо смачивать поверх-
ность эмалируемого металла и иметь красивый внешний вид —
яркий блеск и желаемую окраску. Применяются как прозрачные,
так и заглушенные эмали, белые и цветные.
Объемный коэффициент расширения эмалей находится в пре-
делах 300—350-10"7, т. е. значительно меньше, чем металла,
особенно серебра (600-10~7), что допустимо, так как указанные
цветные металлы эластичны.
Для покрытия изделий из золота и серебра в СССР приме-
няются свинцовые силикатные эмали, для эмалирования изделий
из меди и ее сплавов — свинцовые и бессвинцовые силикатные
Т а б л и ц а- 65
Составы эмалей для золота, серебра и меди (в вес. .%)
Компоненты Свинцовые снлнкйтные эмали Бессвинцовые эмали
прозрачные заглушенные прозрачные
красная (золотой рубин) цветные бе- лая цветные красная (медный рубнн) цветные
SiO2 38,1 39,4 31,4 31,4 61,5 61,5
SnO2 0,5 — — — — —
Д12О3 — — — — 2,4 2,4
A.s2O3 1,2 1,2 5,2 5,2 — —
В 2^3 1,7 0,4 1,7 1,7 10,5 10,5
Sb2O3 0,5 — — — — —
PbO 42,5 43,2 54,4 54,4 — —
СаО — — — — 3,5 3,5
К2О 14,8 15,6 6,5 6,5 1,4 1,4
Na2O 0,7 0,2 0,8 0,8 20,7 20,7
Сумма +F (в вес. ч.) 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 1,2 100,0 1,2
Красители:
Au 0,03—0,07 — — — — —
Мп3О4 0,5 — — — — —
СоО, NiO, Сг2О3 — 0,1—3,0 — 0,1—0,5 — 0,1—6,5 1
Си2О — — — — 0,1-0,5 —
Sn — — — — 0,5 2 —
1 Для получения черного цвета необходимо сочетание нескольких краси- телей. 2 Металлическое олово в измельченном состоянии добавляют в шихту эмали медный рубин в качестве восстановителя н защитного коллоида.
410
эмали. Так как каждое изделие одновременно покрывают разными
по цвету и заглушенности эмалями, то последние не должны зна-
чительно отличаться друг от друга по плавкости. Свинцовые си-
ликатные эмали разделяются на две основные группы: прозрач-
ные (бесцветные и окрашенные) и заглушенные (белые и цветные).
Для прозрачных эмалей, окрашенных ионными красителями,
применяется одинаковый основной состав. Эмали, окрашенные
коллоидным золотом (рубин), несколько отличаются по составу
от других цветных эмалей. Глушение свинцовых силикатных эма-
лей достигается добавкой трехокиси мышьяка. Глушащей фа-
зой является мышьяковокислый свинец Pb (AsO3)2. Бессвин-
цовые силикатные эмали, окрашенные коллоидной медью (мед-
ный рубин) и окрашенные ионными красителями, обычно имеют
одинаковый состав.
На некоторых заводах в качестве белой бессвинцовой эмали
для покрытия ювелирных изделий из биметалла (портсигаров,
шкатулок) применяется титановая эмаль для стали Т-1.
В табл. 65 приведены типовые составы эмалей, разработанные
Государственным исследовательским керамическим институтом
и ЛТИ им. Ленсовета.
Эмалирование
Свинецсодержащие эмали для цветных металлов после варки
вырабатываются в виде плиток, а бессвинцовые прозрачные и за-
глушенные (титановые) — в гранулированном виде.
Подготовка эмали к нанесению на изделия требует соблюдения
особой чистоты. Эмалевые плитки разбивают на куски и осматри-
вают в проходящем свете. Куски эмали с посторонними включе-
ниями отбрасывают. Проверенные куски эмали вначале измель-
чают в стальной ступке и отсеивают через сито № 09 или 07.
Просеянную эмаль очищают магнитом от загрязнения железом,
затем ее подвергают дальнейшему измельчению мокрым способом.
В зависимости от объема производства помол производится в фар-
форовых барабанах емкостью 2—10 л или в ступках. Степень
измельчения эмали зависит от размера поверхности изделия и уста-
навливается опытным путем. Бессвинцовую эмаль медный рубин,
поступающую в гранулированном виде, перед помолом также
проверяют, чтобы убедиться в отсутствии включений шамота и
корольков металлического свинца и олова. После помола эмаль
многократно отмывают водой способом декантации от мелких ча-
стиц (мути), вызывающих опалесценцию эмалевого слоя. Рекомен-
дуется отмывать эмаль дистиллированной водой. На изделие эмаль
наносят вручную при помощи тонкого металлического шпателя.
Избыто^ влаги отсасывается чистой хлопчатобумажной тканью
(марлевым тампоном). Слой эмали уплотняется и выравнивается
легким встряхиванием изделия. Затем покрытие подвергается
сушке и обжигу.
411
Обжиг эмали на изделиях производится в электрических пе-
чах с нихромовыми нагревателями. Изделия помещаются в печь
на нихромовых и стальных жаропрочных сетках, на которых они
раскладываются в один слой. Контроль температуры осуществ-
ляется при помощи термопар. Длительность обжига, зависящая
от температуры печи, количества и вида загружаемых изделий,
устанавливается опытным путем и контролируется по часам или
автоматическим регулированием.
После обжига утолщенные участки эмалевого слоя опили-
вают мелкозернистыми корундовыми брусками, изделия тщательно
промывают водой и снова обжигают. Этим заканчивается процесс
изготовления изделий выемчатым эмалированием.
Эмалирование изделий из золота и серебра. Процесс эмали-
рования сплавов золота 950-й пробы и др. включает до 12 после-
довательных операций и более. Сюда входят двукратное нанесе-
ние и обжиг основной эмали, чаще красной (золотой рубин),
опиловка эмали и шлифование кантов карборундовыми брусками
и оселком с увлажнением, промывкой и обработкой в плавиковой
кислоте в течение 30—60 сек.. Затем изделия очищают волося-
ными щетками, промывают в проточной холодной и горячей воде
и высушивают при помощи ткани.
После просмотра и исправления пороков, выявленных на
участках, покрытых основной более тугоплавкой эмалью, следуют
нанесение и обжиг эмалей другого цвета.
В зависимости от состава и плавкости эмали обжиг проводится
в интервале температур от 750 до 840° С в течение 4—8 мин.
После заключительного обжига эмали изделия подвергаются
отбелу, заключающемуся в растворении окислов металлов на
участках изделия, не покрытых эмалью, в концентрированной
соляной кислоте удельного веса 1,14—1,19 при температуре 15—
18° С в течение 2—3 мин, а затем их промывают в проточной хо-
лодной и горячей воде и высушивают.
Эмалирование меди и ее сплавов. Чистая медь без примесей
других металлов применяется лишь для более ценных художествен-
ных изделий: Эмалями прокладываются участки поверхности
изделия между напаянными проволочками (сканью). Эмали на-
носятся не менее трех раз, и каждое покрытие подвергается сушке
и обжигу. Обжиг эмалей производится в вертикальной трубча-
той печи, отапливаемой углем. После окончательного обжига
изделия шлифуют до блеска и полируют на деревянном круге
с пемзой.
Эмалирование изделий из томпака значительно проще, чем
изделий из сплавов золота и серебра. На подготовленных к эма-
лированию заготовках соответственно образцу прокладываются
свинцовые и бессвинцовые эмали. Изделия, покрытые эмалью,
раскладывают на металлической сетке в один слой, сушат и об-
жигают. Обжиг выполняется при температуре 760—830° С в те-
чение 2—5 мин с поворотом сетки на 180° через 2—3 мин.
412
После охлаждения изделий осуществляется опиловка эмали
бормашиной, снабженной соответствующим абразивным кругом.
Опиловка производится до выявления из эмалевого слоя надпи-
сей, кантов и рисунков. Этим заканчивается подготовка изделий
к пайке.
Эмалирование биметалла. Для эмалирования некоторых видов
изделий из биметалла применяются бессвинцовые титановые эмали
для стали (стр. 133). Предназначенные к эмалированию заготовки
вначале подвергают нагреву —• слабому окислению при темпера-
туре 800—850° С в течение 1,5 мин до появления цветов побежа-
лости.
Шликер титановой эмали наносится на окисленную лицевую
сторону заготовки. Покрытые шликером заготовки сушатся на
стеллажах при комнатной температуре в течение 2—-4 ч. Обжиг
изделий производится при температуре 890—900° С в течение
2 мин. Операции нанесения эмали, сушки и обжига выполняются
два раза, а затем изделия поступают в отдел технического кон-
троля.
Эмалирование значков, эмблем и ювелирных изделий из би-
металла сходно с эмалированием изделий из томпака.
Отделка и сборка изделий
Золочение. Для окончательной отделки изделий из сплавов
серебра и меди часть деталей (канты, буквы) подвергается' золо-
чению. На некоторых заводах золочение изделий из серебра 925-й
пробы производится в электролите следующего состава (в г/л):
Золото металлическое..........15—25
Цианистый калий ..............5—10
Углекислый калий ..............130
Едкий калий....................1,0
Подвески с изделиями общей площадью золочения 10 см2
навешиваются на катодные штанги и погружаются в ванну для
золочения. Условия золочения: аноды золотые размером 300X
X 100x2 мм (ГОСТ 6837—54), плотность тока 0,6 а1дм\ напряже-
ние на ванне 0,5—1,0 в, выход по току 90%, отношение -^- 1,
температура электролита 45—55° С, время выдержки изделий
10 мин, толщина золотого слоя —3 мкм.
Золочение в электролите производится без перемешивания.
По окончании золочения изделия отмывают последовательным
погружением на подвесках в четырех ваннах для промывки.
Содержание золота в воде четвертой ванны не должно превышать
0,001 г! л.
Декоративная роспись. Изделия, предназначенные для ручной
росписи, покрывают однотонной белой или цветной эмалью. По-
верхность эмали должна быть гладкой и ровной. Краски для
413
живописи по эмали, так же как и по фарфору и стеклу, представ-
ляют собой легкоплавкие свинцовосиликатные сплавы с добавками
пигмента-красителя [360].
Перед нанесением на эмалированную поверхность краски
растирают плоским пестиком-курантом на стеклянной шлифован-
ной плите cq скипидаром, гвоздичным терпентином и другими мас-
лами. Краски наносят на эмаль тонкими кистями. Роспись слож-
ных разноцветных рисунков производится последовательно от-
дельными красками в несколько приемов с промежуточным об-
жигом. Вначале наносят и обжигают более тугоплавкие, а затем
более легкоплавкие краски. Для лучшей сохранности готовые
рисунки покрывают прозрачной свинцовой силикатной эмалью,
нанесение и обжиг которой производится в несколько приемов
с опиловкой поверхности абразивными брусками. Полученное
покрытие в отдельных случаях полируют пемзой на деревянном
(липовом) круге.
Качество живописи по эмали в большой степени зависит от
условий обжига красок: температуры, времении и атмосферы печи,
плавкости верхней прозрачной эмали. Особенностью силикатных
красок, требующих от художника специальных навыков, является
их склонность к изменению окраски и прозрачности после об-
жига.
Сборка изделий из цветных металлов. В зависимости от вида
и назначения изделий применяются различные способы сборки.
Сборка изделий из драгоценных металлов сводится к следующему.
Детали изделия (звездочки, знамена, венки, портреты и др.)
укрепляются на лицевой стороне заготовки с помощью штифтов.
Обратная сторона изделия всей своей поверхностью припаивается
к овальному звену из серебряно-медного сплава. Очертания оваль-
ного звена полностью совпадают с очертаниями обратной стороны
изделия. Припаивание производится серебряным припоем (ПРС-65);
флюс: 91,5% буры и 8,5% борной кислоты. Излишки припоя спи-
ливаются, и флюс зачищается.
' Для припаивания деталей к изделиям из томпака применяется
припой ПОС-ЗО; флюс — концентрированный водный раствор
хлористого цинка. На обратную сторону значка в наметку под
пластинку наносится порция припоя, смоченного флюсом, за-
тем устанавливается булавка, которая сверху прижимается пла-
стинкой и скрепляется зажимом. Значки раскладывают на сетках
и загружают в муфельную печь. Температура пайки 350—380° С;
время выдержки до расплавления припоя 1,5—2,5 мин; охлажде-
ние на воздухе.
Пороки
Пороки могут быть вызваны некачественным металлом, нару-
шениями технологического процесса его подготовки к эмалиро-
ванию и несоответствием свойств эмалей в отношении плавкости,
414
Таблица 66
Виды брака эмалированных изделий из цветных и драгоценных металлов
Характер дефекта Причины его возннк- нования Способы устранения
Царапины на метал- лической основе Повреждение при подготовке деталей к эмалированию главным образом при механиче- ской обработке Зачистка: полирова- ние царапин порошком хрусталя, после чего за- готовка должна быть под- вергнута отбелу и краце- ванию
Царапины, забои и риски на эмалевом слое ’’после опиловки и об- жига Повреждение эмале- вого слоя при. опи- ловке Повторная опиловка, вторая прокладка эмали и обжиг ’
Царапины, забои н риски на металлической поверхности изделия, не покрытые эмалью Повреждения эмале- вого слоя при опи- ловке Удаление эмалевого слоя плавиковой кисло- той, проверка веса заго- товки, отбел и крацева- ние
Оттяжка эмалевого слоя от краев и кантов металлической основы и отколы Недостаточная сма- чиваемость металла эмалью н плохое сцеп- ление между ними Более тщательное трав- ление металлической основы, обжиг ее перед эмалированием до появ- ления побежалости. По- вышение плавкости или температуры обжига эма- левого слоя
Неровная, шагрене- вая поверхность эмале- вого слоя Тугоплавкая- эмаль или низкая темпера- тура обжига Опиловка эмалевого слоя, повторное нанесе- ние эмалевого слоя и об- жиг
Потеря блеска эмале- вого слоя после травле- ния Недостаточная хими- ческая устойчивость эмали ’ Снятие эмали плавико- вой кислотой, повторная подготовка поверхности изделия к эмалирова- нию, нанесение и обжиг эмалевого слоя
Недостаточная интен- сивность окраски крас- ной рубиновой эмали Тонкий слой эмали или низкая темпера- тура и малая продол- жительность обжига Повторный обжиг из- делия при более высокой температуре или обжиг большей продолжитель- ности
Темный цвет («печен- ка») красной рубиновой эмали Пережог эмалевого слоя Снятие эмали плавико- вой кислотой, повторная подготовка изделия к эмалированию, нанесе- ние эмали и обжиг при несколько Пониженной температуре или обжиг меньшей продолжитель- ности
415
Продолжение табл, 66
Характер дефекта Причины его возник- новения Способы устранения
Заглушенность и цвет компактной эмали не соответствует эта- лону Неудачно сваренная эмаль или несоответ- ствие условий ее обжи- га на металле степени заглушенности Опиловка эмалевого слоя, повторная проклад- ка эмали и обжиг при оп- тимальных условиях, ли- бо применение переварен- ной эмали с добавкой глу- шителя или красителя
химической устойчивости, заглушенности и цвета. Причинами
появления дефектов могут быть также неподходящие условия
обжига эмали на металле, а также механической и химической
обработки эмалевого слоя. В табл. 66 приведены наиболее часто
встречающиеся виды брака эмалированных изделий из цветных
и драгоценных металлов.
Эмалирование алюминиевых ювелирных изделий
При существующих масштабах, производства ювелирных из-
делий требуются значительные количества цветных металлов,
главным образом меди и ее сплавов. Поэтому применение эмали-
рованного алюминия для изготовления ювелирных, художественно-
декоративных изделий и значков имеет большое значение. Под-
робно об эмалировании алюминия изложено выше. Эмалирование
ювелирных изделий и значков из алюминия можно выполнять
двумя способами. Основное отличие их заключается’В том, что
по одному из способов отделка эмалированных частей изделия
(оксидирование и окраска металла) производится до эмалирова-
ния, а по второму — после эмалирования.
Для эмалирования применяется алюминий с небольшим коли-
чеством примесей (марки АД-1 и АМц). Заготовки из алюминия
вырубаются так же, как из других металлов, на соответствующих
прессах. Эмали применяются свинцовые и бессвинцовые. Для
окрашенных и бесцветных прозрачных покрытий обычно приме-
няются свинцовые эмали, для заглушенных белых и цветных —
свинцовые и бессвинцовые.
В табл. 67 приведены составы эмалей, разработанные кафед-
рой стекла ЛТП им. Ленсовета для покрытия алюминиевых юве-
лирных изделий.
Подготовка алюминия к эмалированию состоит из двух основ-
ных операций: обезжиривания (травления) и обжига. Для трав-
ления заготовки (навалом в пластмассовой корзине) помещаются
в ванну следующего состава (в мл): ортофосфорная кислота — 800,
уксусная кислота ледяная — 200, вода — 10.
416
Таблица 67
Составы эмалей для алюминиевых ювелирных изделий (в вес. %)
Компоненты Свинцовые эмали Бессвинцовые эмали
прозрачные заглушенные заглу- шенные бе- лые
опаловая желтая
SiO2 38,7 25,2 25,2 25,2 33,3 33,3
тю2 — 12,5 12,5 12,5 22,0 21,0
А12О3 — — — — 3,0 3,0
ВдОз 2,5 3,0 — 3,0 6,0 6,0
Sb2O3 — — — 2,0 — —
РЬО 39,6 38,5 43,5 38,5 — —
CdO — 2,0 — — — 1,0
MgO — — — — 1,0 1,0
к2о — 11,1 11,1 11,1 10,0 10,0
Na2O 16,3 7,7 7,7 7,7 20,7 20,7
Li20 Красители:^ 2,9 — 0,5 — 4,0 4,0
СоО, NiO, MnO2, Сг2О3 и др. 1- -3% — — — —.
+ F в вес. ч. 2,0 — — — 0,5' —
Температура ванны 85—90° С, продолжительность травления
2 мин. После травления требуются промывка в холодной и горя-
чей воде и сушка. Обжиг заготовок, расположенных на сетке,
производится при температуре 530° С в течение 3 мин, после
чего следуют двухразовое нанесение и двукратный обжиг эмале-
вого слоя. Температура обжига 560—580° С; продолжительность
первого обжига 10 мин, второго — 8 мин.
Для выявления надписей и кантов после обжига производятся
опиловка изделий бруском (зерно № 230), промывка водой и
заключительный обжиг в условиях, аналогичных второму обжигу.
Эмалированная поверхность алюминия в сочетании с анодиро-
ванными участками придает ювелирным изделиям весьма деко-
ративный внешний вид. Поэтому после опиловки и заключитель-
ного обжига изделия подвергаются анодированию. Перед аноди-
рованием травление изделий осуществляется в условиях, ана-
логичных подготовке заготовок к эмалированию. Затем изде-
лия навешивают на подвески и производят анодирование, ней-
трализацию, окрашивание и закрепление красителя. Условия
27 В. В. Варгин 417
анодирования и состав электролита: серная кислота— 150—200 г/л,
температура — 18—20° С, продолжительность — 10—15 мин,
плотность тока — 1,5 а/дм2, промывка — в холодной воде. Ней-
трализация осуществляется в растворе кальцинированной соды
(2 г/л) при температуре 18—20° С в течение 1 мин, промывка —
в холодной воде. Затем изделия окрашивают под цвет золота
в растворе следующего состава (в г/л):
Органический оранжевый краситель 2ж..................1,6
» желтый » Зж..................0,06
» черный кислотный 2с................... 0,08
Сода кальцинированная................................0,05
Температура раствора — 18—25° С, время обработки — 1 —
5 мин, промывка —• в холодной воде. Уплотнение цветной анод-
ной пленки достигается кипячением- в дистиллированной воде
в течение 20—30 мин, после чего следуют сушка, сборка и креп-
ление булавок.
Глава VIII
КОНТРОЛЬ ЭМАЛИРОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Для нормальной работы эмалировочного завода необходимо
не только нормирование всего технологического процесса, но
также контроль на всех его стадиях, начиная от сырьевых мате-
риалов и металла и кончая готовой продукцией.
Цель контроля — выявление отклонений и нарушений уста-
новленных в производстве нормалей и, следовательно, предупреж-
дение производственного брака. Хорошо организованный контроль
гарантирует выпуск продукции высокого качества. Таким об-
разом, контроль является неотъемлемой частью производства.
Методы контроля должны быть простыми, осуществляться
не только в лабораториях, но и в производственных цехах. Они
должны быть по возможности количественными (недостаточно знать,
что сырье или продукция удовлетворяет или не удовлетворяет
норме; необходимо знать, насколько контролируемые материалы
отличаются от нормы) и обеспечивать быстрый контроль без за-
держки производственного процесса.
На современных заводах имеются хорошо оборудованные ла-
боратории, в которых, помимо контроля производственного про-
цесса, проводят более сложные исследования, направленные на
получение новых или улучшение существующих составов эмали,
на разработку более совершенных технологических процессов.
Для выполнения таких работ необходимо применять методы
исследований, выходящие за пределы задач простого контроля.
При выполнении исследовательских работ используется большое
количество методов. Ниже описываются главным образом методы,
применяемые для контроля производства, а также методы иссле-
дования, получившие более или менее широкое распространение.
В СССР ряд методов контроля эмалей и эмалированных из-
делий стандартизован и внесен в соответствующие технические
условия и ГОСТы. К ним относятся: ЧМТУ 1132—68 на эмалиро-
ванную стальную посуду; ГОСТы 1154—66, 8631—57, 7506—60,
10161—62 на санитарно-технические изделия; МРТУ 21-29—67
и 21-28—67 на грунты и эмали для стальных и чугунных санитарно-
технических изделий. В стадии оформления находится еще ряд
стандартов.
27*
419
Испытание металла
Химический анализ металла для определения в нем количе-
ства углерода и других примесей, а также металлографический
анализ для установления как микро-, так и макроструктуры
металла обычно производят на металлургических заводах; дан-
ные этих анализов имеются в сертификате, с которым партия
металла поступает на эмалировочный завод.
Подробные сведения о методах химического и металлографи-
ческого анализа стали и чугуна, об определении механических
свойств металла имеются в литературе по металловедению [56—
58, 91, 333].
На эмалировочных заводах из каждой партии вновь поступаю-
щего металла изготовляют образцы для технологического опро-
бования — эмалирования с применением проверенных эталон-
ных эмалей. Лишь после получения положительных результа-
тов технологической пробы металл пускают в работу.
При подборе режимов технологического процесса, разработке
новых эмалей, а также установлении причин брака при эмалиро-
вании производят некоторые специфические испытания стали и
чугуна для эмалирования.
Определение сопротивления листовой стали короблению и
прогибу. При обжиге и охлаждении стальных эмалированных из-
делий, особенно больших размеров и плоской формы, возможна
их деформация. При прочих равных условиях, склонность стали
к деформации зависит от ее химического состава и способа про-
катки. Определение склонности стали к короблению и прогибу
позволяет выбрать требуемую сталь либо установить температуру,
выше которой нельзя обжигать изделия из стали данного вида,
не опасаясь их деформации.
Простейший способ определения прогиба заключается в том,
что полосы, вырезанные из испытуемой стали, размерами 30x5 см
на решетке с двумя ножами для опоры, отстоящими на 25 см
один от другого, помещают в печь при заданной температуре.
После выдерживания при этой температуре в течение 10 мин
и охлаждения определяют стрелу прогиба [23, стр. 125].
Азаровым и Горбатенко предложен прибор для более точного
промера кривизны образцов, образовавшейся вследствие коробле-
ния стали после обжига (рис. 131). На образцах испытуемого
металла, изготовленных в форме дисков диаметром 100 мм, про-
водят две взаимно перпендикулярные линии по диаметрам —
параллельно и перпендикулярно направлению проката. Образцы
помещают в печь на плоской шлифованной подставке, что исклю-
чает их прогиб под собственным весом. Измеряют кривизну об-
разцов до обжига и после обжига и удаления окалины. Для этого
образец помещают на конические штифты-основания /, укреплен-
ные на плите 2 таким образом, чтобы линия одного из диаметров
совпала с прямой, проходящей через базу отсчета 3 и два штифта-
420
основания. На плите на двух стойках 4 укреплена рамка 7 с на-
несенными на ней через каждые 10 мм метками. По рамке передви-
гается каретка 5, на которой укреплен индикатор часового типа 6.
Перед измерением фиксируют нулевое положение индикатора
по базе отсчета и, перемещая его вдоль рамки, отмечают через
каждые 10 мм показания при соприкосновении с образцом. Та-
кое же измерение проводят после поворота образца на 90°, пере-
двигая индикатор вдоль второго диаметра. По разности показаний
для одних и тех же точек образца до и после обжига определяют
Рис. 131. Прибор для измерения коробления стали
величину коробления k как среднее квадратичное разностей f
для каждой точки
k = ± р/"^1 ~^2 + /з + • • • + /10
Определение склонности стали к образованию пузырей при
травлении. Образец размерами ЮОХ100 мм после обезжири-
вания погружают на 4 ч в 20-процентный раствор соляной кис-
лоты при комнатной температуре. Появление пузырей после
этой обработки является браковочным признаком [23, стр. 125].
Определение склонности стали к окислению. Образец стали
после измерения площади поверхности помещают на 10 мин
в печь, предварительно нагретую до заданной температуры.
Окисляемость стали характеризуют по увеличению веса, отне-
сенному к единице поверхности.
Определение проницаемости стали для водорода. Это позволяет
установить склонность стали к образованию пороков эмалиро-
вания, вызываемых водородом, как, например, рыбья чешуя.
Имеются различные приборы, с помощью которых измеряют объем
водорода, диффундирующего через испытуемый образец. На рис. 132
приведена схема прибора Дитцеля. Испытуемый образец — сталь-
421
ную пластинку диаметром 90 мм — плотно зажимают между
двумя фарфоровыми цилиндрами. В верхний цилиндр заливают
двухпроцентный раствор серной кислоты, в нижний — одно-
процентный раствор поваренной соли. Дном нижнего цилиндра
Рис. 132. Схема прибора для опре-
деления диффузии водорода через
сталь:
/ — образец; 2—стеклянная пластинка
служит стеклянная пластинка,
через которую ведут наблюдение
за характером выделения газа.
В раствор кислоты погружают
платиновую сетку — анод; катодом
является испытуемый образец.
Разность потенциалов между ано-
дом и катодом создается при по-
мощи батареи и составляет 6 в,
плотность тока 50 ма/см2. Водо-
род, выделяющийся при электро-
лизе на катоде, диффундирует
через испытуемый образец. Объем
диффундирующего водорода изме-
ряют по количеству раствора со-
ли, вытесняемой водородом из
нижнего цилиндра.
Другой вариант прибора по-
зволяет одновременно измерять
общее количество водорода, выделяющегося при травлении стали,
и объем диффундирующего водорода.
Проницаемость стали для водорода характеризуют отноше-
нием объема продиффундировавшего через образец водорода
к общему объему выделившегося водорода.
Контроль очистки изделий перед эмалированием
Перед эмалированием чугунные и некоторые толстостенные
стальные изделия подвергаются дробеструйной очистке. Качество
очистки поверхности определяют путем тщательного внешнего
осмотра. Поверхность должна быть матовой и слегка шерохова-
той. На ней не должно быть ржавых, масляных или влажных
пятен.
Тонкостенные стальные изделия перед эмалированием прохо-
дят сложные и ответственные операции травления, нейтрализа-
ции и обработки в растворе солей никеля. Каждая из этих опера-
ций требует постоянного контроля.
Контроль ванн обезжиривания. Растворы для обезжиривания
содержат 50—100 г/л щелочей и очень небольшие количества
эмульгаторов (поверхностно-активных веществ). Содержание
в растворе щелочей регулярно проверяют титрованием пробы
раствора объемом 1 мл, разбавленной дистиллированной водой
до объема 10 мл, при помощи децинормального раствора серной
или соляной кислоты. В качестве индикатора при титровании при-
422
меняют метилрот или метилоранж. Температуру раствора в ван-
нах обезжиривания и во всех последующих ваннах контролируют
термометрами.
Контроль травильных ванн. В травильных растворах всегда
присутствуют свободная кислота (соляная или серная), травиль-
ные присадки и соответствующие соли железа, образующиеся
в процессе травления изделия.
Имеется несколько методов определения концентрации свобод-
ной кислоты в растворах, основанных на титровании.
Содержание кислоты чаще всего определяют титрованием пробы
травильного раствора объемом 1 мл, разбавленной водой до объема
10 мл, децинормальным раствором щелочи. В качестве индикатора
служит метилоранж. Недостаток этого способа — трудность оп-
ределения конечной точки титрования, так как вследствие выпа-
дения студневидного осадка гидрата окиси железа при высоком
содержании солей железа раствор по мере приближения к точке
нейтрализации становится мутным. Для упрощения определения
концентрации кислоты по данным титрования удобно пользоваться
мерным цилиндром со специально калиброванной шкалой. Тра-
вильный раствор в этом цилиндре титруется 0,1 н. раствором ще-
лочи до появления серо-зеленого осадка гидрата закиси железа,
не исчезающего при встряхивании. Высота уровня в цилиндре
после титрования указывает процентное содержание кислоты
в травильном растворе [236, стр. 87].
Для определения содержания солей железа берут 5 мл тра-
вильного раствора, разбавляют дистиллированной водой до
объема 50 мл, помещают в колбу для титрования 10 мл разбав-
ленного таким образом раствора, прибавляют к нему 6—7 мл
20-процентного раствора серной кислоты и титруют 0,125 н. рас-
твором перманганата калия до появления розовой окраски,
не исчезающей при встряхивании [236, стр. 87]. При такой кон-
центрации 1 мл раствора КМпО4, потребовавшегося для титрова-
ния травильного раствора, соответствует 5 г закиси железа в 1 л
раствора.
Некоторыми авторами даны различного вида номограммы,
позволяющие по удельному весу травильного раствора и извест-
ной концентрации в нем свободной кислоты быстро находить со-
держание солей железа или по удельному весу раствора и содер-
жанию в нем солей железа находить содержание кислоты [54,
стр. 247—252]. ,
Удельный вес травильного раствора, который нужно знать
для определения содержания кислоты или солей железа по номо-
грамме, измеряют чувствительным ареометром с точностью до
0,01 кг!л.
Недостаток или отсутствие в растворе травильных присадок
легко установить по раздражающему резкому запаху раствора
и по наличию пены на его поверхности. Эффективность действия
травильных присадок можно испытывать по потере веса стальных
423
пластинок после травления в течение одинакового времени в тра-
вильных растворах с присадками и без них. Дляжизучения эф-
фективности присадок применяют прибор, в котором измеряется
объем водорода, выделяющегося при взаимодействии травильных
растворов, содержащих и не содержащих присадки, со стальными
образцами в течение определенного времени [23, стр. 136].
Контроль ванн нейтрализации. Раствор ванны нейтрализации
содержит небольшое количество гидроксильных ионов, необхо-
димее для нейтрализации кислоты, оставшейся на поверхности
изделий после промывания их в проточной воде. Концентрацию
этих растворов можно контролировать титрованием раствором
серной или соляной кислоты в присутствии метилоранжа. Часто
раствор не контролируют, а полностью обновляют через определен-
ное время, в течение которого через ванну нейтрализации проходит
известное количество изделий. Например, в 1000 л нейтрализацион-
ного раствора можно обработать около 2—3 т изделий из металла
толщиной 0,5—-0,6 мм, после чего раствор необходимо обновить.
Контроль ванн никелевой обработки. Обычно никелевые ванны
содержат 5—15 г/л сернокислого никеля, 2 г/л борной кислоты,
а также соли железа, образующиеся в процессе обработки изделий.
Содержание сульфата никеля можно определять с помощью раз-
личных колориметров. Часто на заводах пользуются следующим
простым колориметрическим методом. В несколько пробирок из
бесцветного стекла наливают эталонные растворы, содержащие
сульфат никеля в количестве 5—20 г/л (с интервалом через 2,5 г/л).
Такую же пробирку заполняют отфильтрованным рабочим рас-
твором и, сравнивая его по цвету с эталонными растворами, оп-
ределяют концентрацию сульфата никеля в растворе с точностью
до ±2 г/л. Более точным, но длительным является определение
содержания никеля осаждением ионов никеля раствором диме-
тилглиоксима и взвешиванием образующегося осадка.
pH раствора определяют универсальной индикаторной бума-
гой или обычными методами. Концентрацию солей железа опре-
деляют методом, описанным выше.
Контроль сырьевых материалов, шихты и варки эмалей
Контроль производства эмалевых фритт начинается с контроля
сырьевых материалов. Обычно промышленные материалы (бура,
сода, мел, селитра и др.) проверяют только на влажность. В слу-
чае отсутствия технического паспорта или спецификации на ка-
кой-либо материал последний проверяют на содержание основ-
ного вещества. Влажность гигроскопичных материалов проверяют
непосредственно перед составлением шихт. Содержание основ-
ного вещества в соде и поташе устанавливают титрованием навески
материала 0,1 н. раствором соляной кислоты в присутствии ме-
тилоранжа. Для контроля горных пород (полевых шпатов, плавико-
вого шпата, пегматита й др.) производят полный химический анализ
424
средней пробы каждой партии материала. Методы химического
анализа горных пород подробно описаны в специальной литера-
туре.
После составления шихты осуществляют контроль правиль-
ности и однородности ее. Наиболее распространенный метод кон-
троля шихты — определение общей щелочности трех-четырех
проб, взятых после перемешивания из различных мест шихты.
По величине общей щелочности судят о правильности составле-
ния шихты, а по расхождению данных для отдельных проб —
о качестве смешения [1, стр. 161 ]. Навеску Юг шихты обрабаты-
вают 50 мл теплой воды до полного растворения всех растворимых
компонентов. Смесь фильтруют, берут 5 мл фильтрата и титруют
0,01 н. раствором соляной кислоты в присутствии фенолфталеина
или метилоранжа. Если результаты титрования расходятся не
более чем на 5%, шихта считается достаточно однородной. Не-
растворившийся в воде осадок, оставшийся на фильтре, обрабаты-
вают соляной кислотой, после чего определяют вес нерастворимого
в кислоте остатка, который является дополнительной характери-
стикой при контроле шихты.
Контроль качества смешения шихты можно производить также
по равномерности окраски шихты каким-либо интенсивно крася-
щим анилиновым красителем, который при варке выгорает. Не-
смотря на простоту исполнения, этот метод применяют редко.
Получение эмалей с постоянными физико-химическими свой-
ствами зависит от соблюдения правильных условий процесса
варки. Поэтому при варке очень важно периодически проверять
температуру печи. Температуру проверяют термопарами и опти-
ческими пирометрами. Анализ отходящих газов печи производят
общепринятыми методами.
Контроль готовности эмали. Контроль производят визуально,
так как объективных методов определения готовности расплава
как стекла, так и эмали еще не существует. Готовность эмали оп-
ределяют:
1) пробой на нить; из расплава эмали железным стержнем
вытягивают нить, которая должна быть ровной, блестящей и
без узелков, если эмаль готова; узелки образуются непрореаги-
ровавшими компонентами шихты в случае непровара;
2) пробой на лепешку; из расплава на чугунную или стальную
плиту отливают лепешку, которая при готовности эмали должна
быть блестящей и гладкой; в изломе и на поверхности лепешки
не должно быть пузырьков, включений или уколов.
Контроль эмалевых фритт
Истинный состав фритты может быть установлен полным хими-
ческим анализом. Однако количественный анализ многокомпонент-
ных силикатных материалов, к которым относятся и эмали, —
весьма трудоемкая и длительная операция. Поэтому применяют
425
косвенные методы контроля, т. е. определяют некоторые свойства
полученной фритты.
Для уверенности в том, что состав эмали соответствует тре-
буемому, достаточно определить два ее свойства, сильно завися-
щие от состава, например к. т. р. и плавкость или химическую
устойчивость (выщелачиваемость).
Методы, применяемые для контроля этих свойств, должны
быть быстрыми и достаточно простыми и точными.
Хорошие результаты получают при определении к. т. р. ме-
тодом прогиба двойной нити, плавкости — методом растекания
капли и химической устойчивости — зерновым методом. При
этом необходимо точно соблюдать условия опыта, а также одно-
временно определять те же свойства для стандартной эмали того же
состава. '
Такие стандартные эмали различных составов, для которых
определены указанные выше свойства, должны быть на заводах
в достаточном количестве.
Определение плавкости или растекаемости эмалей. Измерение
плавкости эмалей способом растекания капли [3611 устанавли-
вает важное для практики совместное влияние вязкости, поверх-
ностного натяжения, натяжения на границе фаз и удельного веса
на поведение эмали при нагревании и обжиге?
Для измерения плавкости из эмалевых фритт изготовляют
порошки определенной фракции (0,2—0,063 мм или 0,18—0 мм).
Навеску порошка в 2 г увлажняют тремя-четырьмя каплями воды
и спрессовывают в штабик диаметром 10 мм под давлением не
ниже 800 кПсм2.
Штабики высушивают в сушильном шкафу в течение 2 ч или
на воздухе в течение суток, затем их устанавливают на предвари-
тельно нагретую загрунтованную стальную пластинку, на ко-
торую нанесены отметки начала и конца капли эталонной эмали,
соответствующие данной температуре испытания. К отметке на-
чала капли ставят штабик эталонной эмали и три-четыре штабика
испытуемых эмалей. Пластинку со штабиками помещают в печь,
нагретую до температуры испытания (750, 800, 850 или 900° С).
Через 1,5 мин, когда основания штабиков приплавятся к пла-
стинке, последнюю переводят при помощи специальной под-
ставки (рис. 133) из горизонтального положения в наклонное
под углом 45° к горизонту. В таком положении пластинку со шта-
биками выдерживают в печи до тех пор, пока конец капли эта-
лонной эмали не достигнет отметки, после чего пластинку выни-
мают из печи, охлаждают и измеряют штангенциркулем длину
растекшихся капель. Значения плавкости выражают или в милли-
метрах (как длину капли), или в безразмерных величинах (как
отношение длины капли испытуемой эмали к эталонной). В ка-
честве эталонных эмалей могут служить некристаллизующиеся
грунты, сваренные без сцепляющих окислов. В МРТУ 21-28—67
и 21-29—67 за эталон принята эмаль 43, длина капли которой
426
после выдержки ее при температуре 850° С в течение 5 мин со-
ставляет 36 мм.
При определении плавкости тугоплавких эмалей последние
часто растекаются по загрунтованной пластинке не в длину, а
в виде широких овальных капель. Поэтому некоторые авторы пред-
лагают измерять площадь, которую занимает образец после расте-
кания [3, стр. 430]. Чтобы избежать расплывания капли в ле-
пешку, можно в качестве подложки для растекания использо-
вать керамические облицовочные плитки, гладко отшлифовав
их предварительно с неглазурованной стороны.
Рис. 133. Подставка для нагревания образцов при определении
плавкости эмали
Этот метод, получивший распространение для сравнения плав-
кости различных эмалей и для контроля качества фритт, дает
лишь приближенное представление о-величине вязкости. Методы,
позволяющие находить точное значение вязкости эмали для различ-
ных температур,требуют специального оборудования и довольно
трудоемки. Измерения вязкости расплавов производят при иссле-
довательских работах при помощи вискозиметров различных
систем. Наиболее распространены вискозиметр ГОИ, вискозиметр
с вращающимся цилиндром и др. [3, стр. 429—431; 362, стр.300—
3201.
Определение режима обжига эмали. Для оптимизации пара-
метров обжига эмалируемых изделий существует несколько ме-
тодов определения температурного интервала обжига эмали.
Основным методом является обжиг испытуемой эмали в градиент-
ной печи, где по длине узкого рабочего пространства создан рав-
номерный перепад температуры.
427
На керамическую трубку длиной 250—300 мм, диаметром 30—
40 мм снаружи намотан нихромовый электронагреватель; в центре
печи витки расположены более часто, а к периферии — реже.
Терморегулирующим устройством температура в центре трубки
поддерживается постоянной в пределах 900 ± 20° С. Путем про-
мера температуры по всей длине рабочего пространства построен
график распределения ее по длине печи. Обычно температура от
900° С в центре печи равномерно падает по направлению к концам
ее до 500—550° С.
Для определения температурного интервала обжига эмали
пластинки размером 250x20 мм покрывают испытуемой эмалью и
обжигают в градиентной печи в течение заданного времени, за-
фиксировав конец пластинки в центре печи у контрольной термо-
пары. После обжига и охлаждения образца по графику устанавли-
вают верхний и нижний предел температуры по границам качест-
венной поверхности эмалевого слоя.
При отсутствии градиентной печи можно воспользоваться дру-
гим, хотя и более трудоемким, методом обжига многочислен-
ных образцов при разных температурах и в течение разного вре-
мени. Для испытания берут пластинки со слоем испытуемой эмали
одинаковой толщины, определенной по приросту веса образцов
на единицу поверхности.
В муфельной' печи, нагретой до определенной температуры,
обжигают по 2 образца на каждый режим обжига. При необходи-
мости на одну и ту же пластинку можно нанести рядом несколько
эмалей, одна из которых может служить эталоном для сравнения.
Определение коэффициента расширения. Коэффициент терми-
ческого расширения эмалей можно просто контролировать ме-
тодом изгиба двойной нити [362, стр. 188]. Из расплава эталон-
ной эмали с известным коэффициентом расширения и из испытуе-
мой эмали вытягивают цилиндрические стрежни диаметром 4—6 мм
и длиной 100—200 мм. Концы стержней нагревают в пламени стек-
лодувной горелки, расплющивают и спаивают друг с другом.
Затем спай сильно разогревают и вытягивают из него двойную
нить. При охлаждении двойная нить изгибается в сторону эмали
с большим к. т. р. Толщину двойной нити d (в мм) измеряют микро-
метром. Средняя толщина должна находиться в пределах 0,1—
0,3 мм. Затем определяют стрелу прогиба h Луги с хордой, равной
200 мм. Разность коэффициентов расширения находят по формуле
Да = 10’7 гРад~1‘
Для определения коэффициента расширения эмалей применяют
дилатометры — специальные приборы, в которых осуществляется
непосредственное измерение удлинения образца эмали при на-
гревании от комнатной температуры до температуры начала раз-
мягчения. Конструкции дилатометров весьма разнообразны [363].
428
Основные части дилатометра — безградиентная электрическая
печь, приспособление для помещения в печи исследуемого об-
разца и измерительное устройство, которое может быть выпол-
нено в различных вариантах (миниметр, отсчетный микроскоп,
фоторегистрирующий блок и т. д.). На рис. 134 приведена схема
вертикального кварцевого дилатометра.
В этом дилатометре образец в форме штабика диаметром 4—
6 мм, длиной 50 мм с плоскопараллелбными сошлифованными тор-
цами устанавливается в находящу-
юся в печи пробирку из кварце-
вого стекла и укрепляется между
шлифованной цилиндрической
пластинкой из кварцевого стекла,
покоящейся на сферической опоре,
впаянной в дно пробирки, и тор-
цом стержня из кварцевого стекла,
передающего расширение индика-
тору.
Кварцевая пробирка с помощью
металлической втулки закреп-
ляется в холодильнике, служащем
неподвижной базой, по отношению
к которой измеряется линейное
расширение стекла.
Нагрев печи регулируют так,
чтобы образец нагревался с посто-
янной скоростью (1,5—2 град! мин).
Через равные промежутки времени
фиксируют температуру и удли-
нение образца, строят кривую
удлинения и вычисляют средний
коэффициент линейного расшире-
ния в интервале температур от
до /2 по формуле
Рис. 134. Схема вертикального
кварцевого дилатометра:
1 — образец; 2 —кварцевая пробирка;
3 — кварцевый стержень; 4 — печь;
5 — термопара; 6 — индикатор
грааг'-
Определение поверхностного натяжения. Поверхностное на-
тяжение эмалевых расплавов измеряют- иногда при выполнении
исследовательских работ. Точные результаты дает метод Аппена,
который определял вес капель расплава, вытекающих через пла-
тиновую воронку, после того как вес превысит силу поверхност-
ного натяжения расплава. Однако этот способ требует специаль-
ного оборудования. Предложен упрощенный вариант, [362,
стр. 328] по которому определяется вес капли, отрывающейся
от нагреваемого, штабика испытуемой эмали. За формированием
капли можно наблюдать по ее теневому изображению, получае-
мому на экране с помощью осветителя и рассеивающей линзы.
429
Величину поверхностного натяжения о (дин/см) рассчитывают
по формуле
где Р — вес капли в г\ d — диаметр палочки в см; D — средний
диаметр капли в см; g — ускорение силы тяжести в см/сек2.
Контроль шликеров
Для каждого вида изделий в зависимости от их размеров и
конфигурации, а также от метода нанесения и типа применяемой
эмали готовят шликер с определенными параметрами — удельным
весом, тониной помола и консистенцией. Пороки эмалевого покры-
тия (поры, пузыри, прогары, трещины, отколы и натеки эмали
и др.) часто возникают при нарушении заданных характеристик
шликера или при несоответствии их виду покрываемых изделий
Рис. 135*. Кружка для опре-
деления удельного веса шли-
кера
или способу нанесения эмали.
Определение удельного веса шликера.
Для определения удельного веса шли-
кер наливают в кружку, имеющую
форму усеченного конуса, емкостью
0,5 л и взвешивают, сняв избыток шли-
кера сверху. По разности весов кружки
со шликером и пустой и по известному
объему (0,5 л) вычисляют удельный вес
шликера по формуле
d =
(Р-Р) 2
1000
где Р — вес кружки со шликером в г; р — вес пустой кружки в г;
d — удельный вес шликера в г/см2.
Размеры кружки объемом 0,5 л приведены на рис. 135. Обычно
на заводах составляют таблицы, по которым, зная вес кружки
со шликером, сразу находят удельный вес, не производя каждый
раз вычислений.
В табл. 68 для ориентировки приведены обычные пределы
удельного веса шликера для различного вида изделий.
Содержание воды в шликере можно определить, если известную
навеску шликера высушить до постоянного веса. Количество су-
хого вещества, полученного на 100 г шликера, дает процентное
содержание сухого вещества, а содержание воды находят по раз-
ности. Для этой цели часто пользуются таблицами (см. приложе-
ние 4).
Количество воды, необходимое для определенного изменения
удельного веса шликера, рассчитывают по формуле
ГГ _ Т Р1 - Do
L Do-1 ’
430
Таблица 68
Удельный вес шликеров грунтов и покровных эмалей в г!см3
Вид изделий Грунты для нанесения Покровные эмали для нанесения
окунанием пульвери- зацией окунанием пульвери- зацией
Стальные мелкие 1,66—1,69 — 1,67—1,70 —
» крупные 1,65—1,67 1,67—1,69 1,66—1,68 1,68—1,72
» плоские 1,64—1,66 1,66—1,68 1,65—1,68 1,69—1,71
Чугунные мелкие — 1,67—1,69 — 1,71—1,73
Алюминиевые — — 1,9—2,2 1,8— 2,0
где Н — объем воды, требуемой для получения шликера с за-
данным удельным весом Do-, L — объем шликера с исходным
удельным весом £\.
Определение тонины помола шликера. Степень измельчения
эмали в шликере, называемая тониной помола, имеет большое
значение в технологическом процессе эмалирования. Каждый
тип эмали имеет оптимальную тонину помола, для быстрого
контроля которой существует ряд методов. На отечественных
заводах широкое распространение получили метод Холодилина,
видоизмененный метод Сабанина и метод отстаивания шликера
в сосуде Лисенко [1, стр. 177]. Последний метод очень прост,
определение занимает немного времени и может выполняться ''
силами персонала, обслуживающего шаровые мельницы.
Сосуд Лисенко емкостью 1000 мл (рис. 136) представляет
собой градуированный стеклянный цилиндр, закрывающийся
притертой пробкой. Нижняя часть цилиндра сужена на конус
и заканчивается стеклянной трубкой с глухим дном, градуиро-
ванной в десятых долях миллиметра. Сосуд устанавливают на
штативе так, что он опирается конусной частью на кольцо.
Для определения тонины помола пробу шликера весом 10 г
заливают в сосуд, доливают водой до объема 1000 мл,
закрывают сосуд пробкой и, многократно опрокидывая его,
тщательно перемешивают содержимое. Затем быстро устанавли-
вают сосуд на штатив в вертикальном положении и одновременно
включают секундомер. По истечении 60 сек отмечают объем,
занятый частицами эмали, осевшими в градуированной трубке.
Тонину помола выражают числом десятых долей миллилитра,
занятых осадком.
По методу фирмы «Ферро», распространенному за границей,
тонину помола определяют по уровню частиц эмали, задержан-
ных на сите № 0125 (2500 отв/см2). Сито изготовлено в форме
431
конуса. Пробу шликера объемом 250 мл наливают на сито и
промывают сильной струей водопроводной воды. Уровень остав-
шихся на сите частиц эмали отсчитывают по латунной шкале,
прикрепленной к конусообразному ситу по образующей конуса
(рис. 137). В табл. 69 приведены сравнительные данные опреде-
ления тонины помола одних и тех же эмалевых шликеров указан-
Рис. 136. Стеклянный со-
суд Лисенко для опреде-
ления тонины помола
эмалевых шликеров
Рис. 137. Сито для определения тонины помола
шликера
Тоиина помола эмалей
Таблица 69
Метод определения Единица выражения тонины помола Количество шликера, нужное для определения Тонина помола различ- ных шликеров эмали
2 3 4 5 6
Метод X о ло ди- лина % 2 раза по 10 г — — 9 26 40 50
Упрощенный ме- тод Сабанина 10'1 мл 15 г 3 8 12 20 26 30
Метод Лисенко io-1 » 10 » 5 10 14 21 26,5 29,5
Метод фирмы «Ферро» Условные единицы 250 мл 3 6 8 12 15 17
432
ними выше методами. Все эти методы дают только информацию
о весовом проценте частиц, превосходящих определенный размер,
или наоборот, о размере частиц, составляющих определенную
часть навески шликера. Однако для стабильности кроющих
свойств шликера требуется некоторое оптимальное распределение
частиц фритты по размерам. Поэтому теперь находят распростра-
нение способы контроля тонины помола, основанные на разной
скорости оседания частиц различного размера. По одному из
таких способов [364] шликер, разбавленный водой, наливают
в цилиндр и погружают в него ареометр. По мере оседания частиц
удельный вес суспензии падает. По изменению удельного веса
во времени с помощью номограммы устанавливают распределе-
ние оседающих частиц по размерам.
Определение консистенции шликера. В понятие консистенции
входят такие свойства шликера как кроющая способность, ско-
рость истечения, густота. При разработке новых эмалей, уста-
новлении нового состава мельничных добавок, новых режимов
нанесения эмали определяют также предельное напряжение
сдвига и подвижность шликера. На практике широкое понятие
«консистенция» заменяют понятием «кроющая способность», хотя
они не идентичны.
Для определения кроющей способности шликера (количества
эмали, удерживающейся на изделии) чаще всего на отечественных
заводах пользуются способом погружения в испытуемый шликер
цилиндра с определенной поверхностью. Стальной загрунтован-
ный цилиндр погружают в шликер в вертикальном положении,
медленно и плавно вынимают, дают стечь избытку шликера и
взвешивают цилиндр с приставшим к нему шликером. Кроющую
способность шликера рассчитывают по формуле
о
где Р — вес цилиндра, покрытого шликером, в г; р — вес чи-
стого сухого цилиндра в г; S — площадь поверхности цилиндра
в д.и2.
На рис. 138 показаны размеры цилиндра, применяемого для
контроля кроющей способности шликера. Общая поверхность
его составляет 10 д.и2.
В лабораторных условиях при малом объеме шликера вместо
цилиндра применяют прямоугольную пластинку.
Предложен также простой метод сравнения кроющей способ-
ности шликеров. Металлическую пластинку (рис. 139) из нержа-
веющей листовой стали, имеющую 10 отверстий постепенно убы-
вающего диаметра (от 15 до 3 мм), погружают в шликер. После
стекания избытка шликера отмечают, сколько отверстий запол-
нено шликером. Этот способ удобен для быстрого сравнения
шликеров на рабочих местах при установленном технологиче-
ском режиме.
28 В. В. Варгни 433
Однако для полной характеристики шликера определить
кроющую способность его недостаточно. Густоту шликера можно
проверить по скорости истечения его из мерной воронки с вы-
ходным отверстием определенного диаметра [3, стр. 436J. Этот
метод основан на сравнении скоростей истечения шликеров раз-
ной густоты и не дает непосредственного количественного выра-
жения густоты шликера. При помощи различных консистометров,
построенных на принципе истечения, определяют подвижность
Рис. 138. Цилиндр для опре-
деления кроющей способно-
сти шликера
шликера и величину предельного на-
пряжения сдвига, также являющиеся
показателями консистенции шликера.
Те же величины можно определить мо-
билометрами, которые действуют по
принципу измерения сопротивления,
оказываемого шликером перемещению
в нем тела известных размеров [365,
366].
В Новочеркасском политехническом
институте разработан прибор для опре-
деления консистенции шликера, который
Рис. 139. Лерка для определения кроющей
способности шликера
позволяет определять кроющую способность, скорость истечения,
густоту, предельное напряжение сдвига и подвижность шли-
кера. Прибор (рис. 140) состоит из сосуда 2 со съемными соплами 1
с внутренним диаметром 4, 6, 8, 10 мм и длиной 10 мм, через
которые шликер вытекает из сосуда при определении скорости
истечения непрерывной струей. Густота шликера характери-
зуется отношением объема шликера к площади образовавшейся
лепешки, для измерения которой служит стеклянный диск 6
с делениями. Кроющая способность определяется количеством
шликера, остающегося на стенках сосуда после вытекания шли-
кера. Полый цилиндр 7, подвешиваемый и поднимаемый над
градуированным кругом при помощи нитки 3, перекинутой через
блок 4, и контргруза 5 позволяет определять также склонность
шликера к тиксотропии. Для этого сравнивают площадь лепешки,
образовавшейся при вытекании шликера из сосуда немедленно
после его заполнения, с площадью лепешки, образующейся при
вытекании шликера после выдерживания в сосуде в течение опре-
434
деленного времени. Шликер вытекает через кольцевую щель,
образующуюся между кругом с делениями и цилиндром при
подъеме последнего.
Определение щелочности шликера. Для определения количе-
ства свободных щелочных ионов, находящихся в жидкости шли-
кера непосредственно после помола или после некоторого периода
старения, целесообразнее всего измерять pH. Это можно сделать
при помощи стеклянного электрода и других общепринятых
Рис. 140. Прибор для определения консистенции
шликера
методов. Иногда применяют титрование. К навеске 100 г шликера
добавляют 100 мл 25-процентного раствора поваренной соли;
жидкость отфильтровывают, берут пробу 100 мл и титруют 0,1 н.
раствором НС1 с метилоранжем в качестве индикатора. По ре-
зультатам титрования определяют содержание свободных ще-
лочей в растворе, которое затем относят к весу фритты, содер-
жащейся в навеске шликера.
Контроль сухого покрытия. Качество сухого эмалевого покры-
тия до обжига чаще всего контролируют внешним осмотром
с целью обнаружения механических повреждений или загрязне-
ний сухого слоя эмали.
О хрупкости, механической прочности и эластичности сухого
эмалевого слоя можно судить по результатам испытания образ-
цов с высушенным слоем испытуемой эмали на приборе для изгиба
28* 435
7 8
Рис. 141. Прибор для определе-
ния прочности эмалевых по-
крытий на изгиб
образцов. Прибор (рис. 141) собран на двух пластинах / и 2,
соединенных под прямым углом. На пластине 1 укреплена стойка 12
с подъемным винтом 9. Подъем винта производят при помощи
гайки 10 с насаженным на нее лимбом 11 с делениями. На верх-
ней головке винта укреплен валик 7, предназначенный для со-
средоточенной нагрузки в середине образца. В торец валика
ввернут штифт 6; на нем нанесена горизонтальная риска, служа-
щая указателем при отсчете стрелы прогиба. На вертикальной
пластине 2 укреплены валики 8 диа-
метром 30 мм на расстоянии 153 мм
друг от друга, на которые уклады-
вают образцы при испытании. Для
измерения стрелы прогиба на наруж-
ной стороне вертикальной плиты
имеются шкала 5 (с ценой деления
5 мм), щель 4, в которой перемещается
штифт 6 и стрелка 3 для отсчета по
шкале лимба 11. Одно деление шка-
лы лимба соответствует подъему ва-
лика 7 на 0,1 мм.
Образцы, покрытые высушенной
эмалью, в виде полос 200 X 50 х 0,5 мм
укладывают на валики 8 и поворо-
том гайки 10 приводят валик 7 в со-
прикосновение с нижними сторонами
образцов, после чего изгибают об-
разцы до определенной величины
стрелы прогиба. Затем образцы об-
жигают и после охлаждения изме-
ряют длину участка видимых разрывов Прочность сухого
покрытия или сопротивляемость разрыву а выражается в услов-
ных единицах отношением длины изгибаемой части образца 10
к длине участка видимых разрывов
о =
^0
11 •
Контроль качества эмалевого покрытия
Определение толщины эмалевого покрытия. О толщине эма-
левого покрытия на металле косвенно можно судить по увели-
чению веса изделия после нанесения и обжига эмали. Зная удель-
ный вес эмали и общую поверхность изделия или образца, легко
подсчитать среднее приближенное значение толщины покрытия
(см. приложение 11). Однако этот способ очень неточен и не дает
возможности определять толщину покрытия отдельных участков
при наличии разнотолщинности.
Непосредственное определение толщины отбитых от эмали-
рованного изделия кусочков эмали при помощи микрометра или
436
иного нефер-
Рис. 142. Карманный толщи-
номер с постоянным магни-
том
лзмерительного микроскопа требует разрушения изделия. Кроме
того, отбитые куски не всегда плоскопараллельны, часто грунт
не полностью отделяется от металла, а на покровной эмали
остается прослойка грунта, так что оценить толщину покрытия
таким образом можно также лишь приближенно.
Поэтому применяют приборы, называемые толщиномерами,
позволяющие определять толщину эма.
ромагнитного) покрытия без его разру-
шения. Все эти приборы, различные по
конструкции, основаны на том, что по-
крытие, нанесенное на металл, ослаб-
ляет действие магнитного поля металла.
Толщиномеры подразделяются на
приборы с постоянным магнитом и
приборы с электромагнитом. На рис. 142
изображен простейший карманный тол-
щиномер с постоянным магнитом. При-
бор предназначен для быстрых ориен-
тировочных измерений толщины эмале-
вого покрытия на плоских и кривых
поверхностях стальных и чугунных
эмалированных изделий. Постоянный
магнит 1 закреплен в нижнем конце
подвижной внутренней трубки 3. Внутри
трубки имеется пружина 2, нижний
конец 'которой закреплен, а верхний
соединен с регулировочным винтом 4,
служащим для калибровки прибора. На
наружной трубке 5 из органического
стекла нанесены деления, соответствую-
щие толщине измеряемого слоя в мил-
лиметрах. Прибор снабжен колпачком 6
для предохранения магнита в нерабо-
чем состоянии. Для определения тол-
щины покрытия с прибора снимают
колпачок и прикладывают прибор,
держа его в вертикальном положении,
нижним концом к измеряемому покры-
тию. Затем плавно поднимают прибор
вверх и замечают по шкале деление, против которого находился
в момент отрыва магнита от изделия верхний конец трубки 3,
служащий указателем. Определение повторяют дважды.
Более высокую точность получают при измерениях с помощью
электромагнитных толщиномеров различных систем. Электромаг-
нитный толщиномер состоит из измерительной головки, которую .
прикладывают к поверхности эмалированного изделия, и элек-
троизмерительной схемы. В измерительную головку вмонтирован
электромагнит, ток в обмотке которого меняется с изменением
437
толщины эмалевого (неферромагнитного) покрытия на металле.
Толщину покрытия отсчитывают по шкале чувствительного галь-
ванометра, включенного в измерительную схему, который калиб-
руют в тысячных долях миллиметра. Прибор калибруют по тон-
ким пластинам известной толщины из меди, бумаги и других
неферромагнитных веществ.
Конструкции электромагнитных толщиномеров разнообразны.
Приборы этого типа выпускаются промышленностью для опре-
деления толщины не только эмали, но и лакокрасочных и прочих
покрытий.
Прибор, построенный по усовершенствованной измерительной
схеме со сбалансированным мостом и нулевым' методом отсчета
позволяет производить измерения толщины покрытия с точностью
до ±0,02 мм на стальных и чугунных изделиях с плоскими,
выпуклыми и вогнутыми поверхностями, радиус кривизны кото-
рых не менее 45 мм.
Испытание эмалевых покрытий на непроницаемость (сплош-
ность). Химическую аппаратуру проверяют на отсутствие пор
и трещин в эмалевом покрытии. Наиболее распространены спо-
собы испытания, основанные на прохождении электрического тока
через дефектные места.
Электрические методы наиболее просты. Испытуемый аппарат
заполняют 1-процентным раствором поваренной соли с добавкой
0,05% фенолфталеина. С наружной стороной корпуса изделия,
не покрытой эмалью, соединяют отрицательный полюс электри-
ческой цепи постоянного тока напряжением 110—120 в. Анод
погружают в раствор электролита. Изделие выдерживают под
током 10 мин. При наличии дефектов стрелка миллиамперметра,
включенного в цепь, показывает прохождение электрического
тока. При этом раствор окрашивается фенолфталеином в розовый
цвет вследствие электролиза у дефектных мест.
Если аппарат нельзя заполнить электролитом, то катод также
соединяют с наружной стороной корпуса, а анод на изолирован-
ной рукоятке соединяют с губкой или кистью, смоченной раство-
ром поваренной соли. Губкой медленно проводят по поверхности
эмалевого покрытия. В дефектных местах стрелка миллиампер-
метра отклоняется. Этим способом можно обнаружить только
крупные и открытые трещины и поры в эмали, в которые легко
проникает раствор электролита.
Трансформаторная проба с применением высокого напряжения
является более жесткой и помогает выявить скрытые дефекты —
закрытые пузыри и трещины, местные нарушения толщины слоя
эмали, т. е. те места, где легко может нарушиться целостность
покрытия во время эксплуатации аппарата. Высокочастотный
прибор, разработанный для испытания аппаратуры Цмелем, со-
стоит из колебательного контура, в который входит вибратор
с собственной частотой колебаний 1500 пер/сек, трансформатора
высокой частоты и конденсатора постоянной емкости 0,06 мкф.
438
Индуктивность и емкость колебательного контура подобраны
так, что на выходе получается частота колебаний 65 000 пер/сек.
Напряжение на вторичной обмотке может быть до 20 кв.
Один конец вторичной обмотки трансформатора заземляют,
а другой соединяют со специальным электродом — щупом. Когда
этот электрод, укрепленный на ручке из изоляционного мате-
риала, проводят над эмалевой поверхностью испытуемого изде-
лия, наблюдается фиолетовое свечение коренного разряда. Форму
короны можно регулировать. При проведении электрода над
дефектным местом вследствие сильной ионизации газов внутри
пор и других дефектов происходит искровой разряд, направлен-
ный от электрода к месту дефекта. Место пробоя эмалевого слоя
покрывается белым налетом. Сплошное покрытие толщиной более
0,5 мм выдерживает пробу напряжением 20 кв без повреждений.
Определение механической прочности эмалевых покрытий.
В понятие механической прочности эмалевого покрытия входят
сопротивляемость его различным механическим воздействиям —
удару, изгибу, скручиванию, растяжению и т. д. Все эти харак-
теристики зависят как от эмали, так и от металлической основы,
соотношения толщин эмали и металла, от напряжений в металле
и в эмалевом покрытии, которые вызываются различиями в коэф-
фициентах термического расширения, а также условиями обжига
и охлаждения изделий.
В условиях эмалировочного производства чаще всего испыты-
вают прочность эмалевых покрытий на удар, реже — на изгиб
и скручивание.
Прочность на удар. Прочность на удар характеризуют рабо-
той (в кГм), которая вызывает повреждение эмалевого покрытия
при ударе. Различные авторы считают повреждением появление
первой трещины или откол эмали с определенной площади, или
откол с обнажением металла. Для испытания прочности на удар
чаще всего применяют приборы с грузом, ударяющим по изделию.
Груз либо прикреплен к качающемуся маятнику,- либо падает
сверху на испытуемую поверхность. Приборы маятникового типа
в настоящее время мало применяются. Приборы с падающим
вертикально грузом бывают различного устройства. Груз закреп-
ляют над изделием на определенной высоте и затем дают ему
свободно упасть на испытуемую поверхность. Для сохранения
вертикального направления падения груза иногда применяют
металлическую трубку, внутри которой падает груз [23, стр. 150].
Работа удара равна произведению веса груза на высоту падения.
Можно изменять величину груза или высоту его падения до тех
пор, пока не будет достигнуто разрушение эмали. Чаще всего,
однако, меняют высоту, оставляя груз постоянным.
На рис. 143 изображен прибор для определения прочности
на удар и даны размеры груза. На поверхность эмали свободно
падает шарик радиусом 12,5 мм. Общий вес груза может быть
изменен; высота падения также меняется перестановкой штифта,
439
удерживающего груз до падения, в различные отверстия, распо-
ложенные через каждые 5 см высоты ведущей трубки. Изделие
устанавливают под трубкой на подставку, заканчивающуюся
стальным кольцом. Установка образца на кольцо имеет целью
дать возможность металлу деформироваться при ударе, что при-
ближает испытание к естественным условиям.
В приборе Новочеркасского политехнического ^института для
определения прочности на удар стальной посуды закрепление
изделия на кольцеобразной подставке осуществляется при по-
мощи вмонтированного в нее электромагнита. Груз-шарик над
Рис. 143. Прибор для определения прочности эмалевых,
покрытий на удар:
1 — общий вид; 11 — кольцо-подставка; 111 — груз
изделием также удерживается до падения электромагнитом, ко-
торый в момент испытания отключается. Груз можно перемещать
в вертикальном направлении при помощи стойки с делениями.
По ЧМТУ 1132—68 посудные изделия должны выдерживать
работу удара 0,02 кГ-м без видимых повреждений эмалевого
слоя. Такая работа создается при падении груза весом 55—60 а
с высоты 364—333 мм.
На подобных стационарных приборах удовлетворительные
результаты получаются только для небольших образцов или
посудных изделий, которые можно установить на подставку при-
бора на плоское дно. Для определения прочности на удар изде-
лий сложной конфигурации или больших размеров пользуются
простым переносным прибором [367] с бойком, приводимым
в действие пружиной. Боек заканчивается шариком, ударяющим
по поверхности испытуемого покрытия. Работа удара опреде-
ляется степенью растяжения пружины. Шкала прибора калиб-
рована в долях кГ-м (рис. 144).
Прочность на изгиб. Это свойство можно оценивать простей-
шим способом, сгибая эмалированную пластинку вокруг стержня
известного диаметра до появления повреждения эмалевого по-
440
крытия, после чего измеряется угол сгиба, характеризующий
прочность,.
На приборе (рис. 141) измеряют стрелу прогиба образца, по-
мещенного на опорные валики. Прибор позволяет измерять проч-
ность на изгиб, происходящий как со сжатием эмали (эмаль на
вогнутой стороне образца), так и с ее растяжением (эмаль на
выпуклой стороне образца). Показателем прочности покрытия
на изгиб является стрела прогиба в момент появления первой
трещины либо при распространении трещины более чем на по-
ловину ширины образца. Медленным поворотом лимба образец
изгибают постепенно со скоростью 0,25 мм!мин. Величина стрелы
прогиба образцов размерами
200x50x0,5 мм при изгибе
с растяжением составляет
для различных эмалевых по-
крытий на стали 3—17 мм и
зависит от состава эмали,
к. т. р., толщины покрытия
и других факторов. С увели-
чением толщины слоя эмали
прочность на изгиб быстро
снижается.
Рис. 144. Переносный прибор с пружин-
ным бойком для определения прочности
эмалевых покрытий на удар
Прочность на скручивание. Для определения прочности на
скручивание эмалированные образцы, изготовленные в форме
пластин или уголков, зажимают в приборе системы Вестингауза.
Величина угла, до которой можно скрутить образец, не вызывая
повреждения покрытия, служит показателем прочности.
Твердость эмалевых покрытий. Твердость можно определять
обычными способами. Значения твердости, полученные при по-
мощи склерометров разных типов, характеризуют твердость
царапания либо шириной штриха, наносимого на поверхность
эмали алмазной иглой под определенным давлением, либо ве-
личиной давления, которое требуется для получения штриха
определенной ширины. Такие определения производят при иссле-
довательских работах.
Прочность на истирание. Гораздо чаще, чем твердость, опре-
деляют прочность на истирание или сопротивление эмалевых
покрытий механическому износу. Обычно износостойкость ха-
рактеризуют по потере веса образца после определенного числа
истирающих воздействий. Иногда определяют не потерю веса,
а уменьшение блеска образца. Этот способ менее точен, так как
блеск теряется уже при удалении поверхностного слоя эмали,
а дальнейшее истирание покрытия определить таким образом
не удается. Для создания истирающего воздействия исполь-
зуют разные способы.
Простейшим способом является обработка образца в течение
определенного времени струей сухого песка. Песок падает на
покрытие свободно под углом 22,5° с высоты 185 см. В течение
441
15 мин на испытуемую поверхность должно ссыпаться 30 кг
песка определенной крупности.
Применяют также приборы, в которых образец истирается
специальными дисками, вращающимися с заданной скоростью
[3, стр. 447]. Для испытания истираемости с помощью влажного
абразива образец помещают в ячейку, выполненную в форме
цилиндра. Образец является дном цилиндра, вращающегося
со скоростью 290 об/мин. В цилиндр помещают смесь суспензии
полевого шпата или песка 3 г, 20 мл воды и 175 г мелких сталь-
ных шариков. По истечении определенного времени измеряют
потерю блеска или уменьшение веса образца [368].
Прочность сцепления эмалевого покрытия с металлом. Сравни-
тельные количественные данные, которыми можно характери-
зовать прочность сцепления, получаются при описанных выше
испытаниях прочности эмалевых покрытий на удар, изгиб или
скручивание, если показателем прочности покрытий считают
откол эмали до металла. Однако получаемые при этом результаты
зависят не только от прочности сцепления эмали с металлом, но
и от других факторов: толщины и эластичности металла и эмали,
остаточных напряжений и др.
Непосредственно определить количественно прочность сцеп-
ления эмали с металлом, т. е. силу, которая отрывает слой эмали
от металла, будучи направлена перпендикулярно поверхности
раздела металл—эмаль, до сих пор не удается. Нет способа за-
крепить обычные эмалированные изделия, например в разрывной
машине, так как клеящие вещества сцепляются с эмалью слабее,
чем металл. Искусственное увеличение толщины слоя эмали при-
водит к разрыву в самой эмали вследствие того, что прочность
сцепления эмали с металлом обычно превышает прочность эмали
на разрыв.
Поэтому для определения силы сцепления применяли искус-
ственные приемы: изготовляли специальные образцы, обжиг
вели по особым режимам и т. п. Так, например, эмалировали две
сложенные вместе пластинки, а затем отрывали одну от другой
в разрывной машине. В других опытах эмалировали два круглых
штабика с примкнутыми торцовыми поверхностями, а затем
отрывали друг от друга. Образцы долгое время выдерживали
в печи, прижимая их друг к другу; охлаждение после обжига
проводили очень медленно [3, стр. 445—446].
Результаты, полученные различными авторами, пытавшимися
дать количественное значение прочности сцепления, плохо согла-
суются между собой. Это можно объяснить разными условиями
проведения опытов, а также влиянием различных факторов
(эластичности, напряжений и др.).
На производстве обычно оценивают прочность сцепления
косвенными методами. Качественно о прочности сцепления судят
по внешнему виду поверхности металла после той или иной ме-
ханической деформации образца или изделия, которая вызвала
442
неокисленнои стали, принимае-
з
Рис. 145. Схема прибора для определе-
ния прочности сцепления эмалевого
покрытия с металлом:
1 — цилиндрическая ваииа; 2 — электрод;
3 — стаиииа прибора ПТЛ; 4 •— образец;
5 — пуансон; 6 — прокладка
удаление эмали. При хорошем сцеплении грунтовое покрытие
отделяется от металла в форме небольших иголочек, поверхность
под отделенным слоем эмали выглядит тусклой, на ней частично
остается неповрежденный слой грунта. При плохом сцеплении
грунт отделяется от металла большими пластами, при этом обна-
жается блестящая серебристого цвета поверхность неокисленного
металла.
Определение белизны поверхности металла после удаления
эмали — один из способов количественной оценки прочности
сцепления. По разности белизны
мой за 60 и белизны, измерен-
ной в месте откола эмали после
удара, судят о величине сцеп-
ления. Белизну определяют фо-
тометрическим способом. При
очень хорошем сцеплении зна-
чения разности больше 22, при
плохом — от 0 до 8.
По способу Американского
института эмалирования [16,
стр. 523] после разрушения по-
крытия давлением на стандарт-
ном прессе сцепление оценивают
по величине электрического
тока, который проходит через
приложенные к поврежденному
участку покрытия параллельно
включенные иглы — электроды
(всего 169 игл). Чем сильнее
сцепление, тем слабее электрический ток, проходящий через по-
врежденный участок. Прибор, основанный на этом же принципе,
сконструирован в Новочеркасском политехническом институте.
Н. С. Смирнов и др. предложили определять сцепление также по
силе тока, проходящего через поврежденную поверхность. Образец
деформируют вдаливанием в него под определенной нагрузкой
пуансона (рис. 145). При этом образец является одним из электро-
дов, помещаемых в ванну, заполненную раствором электролита
(10-процентного раствора поваренной соли). Ток напряжением
2,5 в подается на электрод через миллиамперметр. До разрушения
слоя эмали он должен быть равен нулю. После выдавливания
в образце лунки определенной глубины величина силы тока ха-
рактеризует сцепление. Чем слабее сцепление эмали с металлом,
тем больше разрушение и соответственно выше сила тока.
Определение напряжений. В системе эмаль — металл возникают
напряжения вследствие различия к. т. р. эмали и металла. Для
количественной оценки напряжений, которую производят обычно
при исследовательских работах (при разработке новых видов эма-
лей, опробовании металла и др.), существует несколько способов.
443
Наиболее распространен способ, основанный на определении
величины изгиба полосы металла, покрытой с обеих сторон грун-
том и с одной стороны — покровной эмалью. Полосу помещают
в вертикальную печь для обжига и закрепляют верхним концом.
После обжига эмали печь выключают. При охлаждении образца
в нем развиваются напряжения, под действием которых свободный
конец полосы смещается тем сильнее, чем больше напряжения.
Смещение фиксируют с помощью окуляр-микрометра [1, стр. 65].
Можно также производить обжиг образца на горизонтальной
подставке, не закрепляя его. В этом случае измеряют не ход
развития напряжений, а общую величину прогиба образца после
охлаждения, которая и служит мерой напряжений.
Рис. 146. Схема прибора
для ^определения напря-
жений методомколец
Метод колец требует изготовления специальных образцов,
вырезанных из листовой стали, согнутой в кольцо, или из сталь-
ной трубы. Кольца, вырезанные из трубчатой стали, покрывают
с обеих сторон грунтом, обжигают, затем на внешнюю сторону
кольца наносят исследуемую покровную эмаль. После обжига
кольцо распиливают по образующей. Под влиянием напряжений
концы его разойдутся или будут находить друг на друга. Напря-
жение характеризуют величиной разрыва.
При использовании листовой стали из нее вырезают полосы
размером 215x25 мм и сгибают их в кольца. Во время нанесе-
ния и обжига эмали кольцо удерживают в сомкнутом состоянии
при помощи зажимов. Затем зажимы снимают и помещают кольцо
на штатив (рис. 146). Постепенно нагружая один из концов кольца,
в то время как другой конец остается неподвижно закрепленным,
отмечают начало вибрации свободного конца. Усилие, необхо-
димое для того, чтобы кольцо разомкнулось, характеризует силу
напряжений [1, стр. 65].
Определение термической стойкости эмалевых покрытий. Тер-
мической стойкостью называется способность эмалевого покры-
тия выдерживать без разрушения резкие изменения температуры.
Для определения термической стойкости изделия или покрытые
испытуемой эмалью образцы последовательно нагревают и резко
444
охлаждают. По ЧМТУ 1132—68 стальную эмалированную посуду
испытывают на термическую устойчивость следующим образом.
Изделие наполняют водой до половины объема, ставят на
предварительно нагретую плитку и доводят воду до кипения.
Затем воду выливают и наливают воду комнатной температуры.
После этого воду вновь выливают, вытирают изделие досуха и
нагревают его на электроплитке мощностью не менее 600 вт
до температуры 232° С. Температуру устанавливают по расплав-
лению кусочка оловянной фольги, который помещают на дно
изделия. По достижении температуры 232° С в изделие быстро
наливают воду комнатной температуры, затем воду выливают
и на внутреннюю поверхность наносят раствор анилиновой краски
или чернил. В случае обнаружения отколов или трещин считают,
что изделие не выдержало испытания.
Для проведения испытаний на термическую стойкость эмалей
на пластинках или мелких изделиях образцы помещают в печь,
нагретую до определенной температуры, например 120° С. После
того как образцы примут температуру печи, их быстро погружают
в воду комнатной температуры. Если признаки повреждения
покрытия не обнаруживаются, повышают температуру печи на
20—25° С и более и повторяют испытание. Разность темпера-
туры, при которой произойдет разрушение образца, и комнатной
температуры является показателем термической устойчивости
эмали.
Термическую стойкость чугунной посуды определяют кипя-
чением в ней воды в течение 10 мин, после чего горячую, воду
заменяют холодной. Испытание повторяют до тех пор, пока не
появятся признаки разрушения покрытия, причем термическая
стойкость характеризуется числом проведенных теплосмен.
Для испытания термической стойкости крупногабаритных
изделий, например химической аппаратуры, в них наливают
холодную воду, которую доводят до кипения пропусканием через
нее пара; затем воду выливают и вновь наливают холодную воду.
Известен способ, по которому на образец или изделие, нагретые
до определенной температуры, льют по каплям холодную воду
до появления трещин на покрытии [3, стр. 442].
К наиболее затруднительным моментам испытания на терми-
ческую устойчивость относятся соблюдение определенной ско-
рости переноса образца в охлаждающую среду и установление
точной температуры образца перед охлаждением. Для определе-
ния температуры применяют контактные термометры, тепло-
чувствительные краски, наносимые на испытуемую поверхность,
и другие средства. С этой точки зрения более надежным способом
является загрузка образцов в печь, нагретую до точно фикси-
рованной температуры.
Определение белизны, блеска и цвета покрытия. Из оптических
свойств эмалевых покрытий чаще всего определяют белизну
(коэффициент диффузного отражения), реже — блеск. О цвете
445
большей частью судят, ограничиваясь визуальным сравнением
цвета данной эмали и эталонной эмали.
Определение белизны внутреннего покрытия посудных изде-
лий предусмотрено ЧМТУ 1132—68, согласно которым для бе-
лых эмалей коэффициент отражения должен быть не ниже 70%
для изделий первого и 55% для изделий второго сорта, а для
эмалей с зерном — не ниже 50% для первого и 40% для второго
сорта.
Наиболее полную характеристику отражаемого света можно
получить при помощи спектрофотометра, определяя коэффициент
Рис. 147. Принципиальная схема прибора для определе-
ния белизны и блеска:
/—источник света; 2, 5—линзы; 4 — испытуемая поверхность;
5 — диафрагма; 6—фотоэлемент для измерения блеска; 7—фо-
тоэлемент для измерения белизны
диффузного отражения по всему спектру. Однако для этого тре-
буется специальное оборудование. В эмалировочной промышлен-
ности применяют более простые по конструкции приборы — бе-
лизномеры. При помощи этих приборов определяется интенсив-
ность рассеиваемого образцом света по сравнению с интенсив-
ностью света, рассеиваемого эталоном (MgO или BaSO4).
Рассеиваемый свет попадает на фотоэлемент. По силе возбуж-
денного фототока, для измерения которого предназначена та или
иная схема, оценивают интенсивность диффузного отражения.
Помещая между источником света и образцом последовательно
различные светофильтры, можно установить интенсивность отра-
жения световых волн разной длины и получить представление
о цветности покрытия.
На рис. 147 приведена принципиальная схема прибора для
определения белизны и блеска эмалевых покрытий [1, стр. 35].
Прибор, предложенный Азаровым и Горбатенко [369], позво-
ляет измерять белизну, блеск и цветность эмалевых покрытий
(рис. 148). Прибор состоит из белизномерной головки I, токо-
измерительного устройства II и стабилизатора напряжения III.
Для изготовления белизномерной головки используют осветитель
446
к микроскопу ИО-7 или ОИ-8, имеющий лампу Л типа СЦ-61,
ирисовую диафрагму Д и конденсатор К- Осветитель снабжен
насадкой, содержащей кассету С для светофильтров. По внутрен-
ней окружности нижней части насадки под углом 45° к ее’основа-
нию расположены четыре селеновых фотоэлемента Ф. При опре-
делении белизны белизномерную головку прикладывают вначале
к поверхности сернокис-
лого бария, а затем к ис-
пытуемой поверхности и
отмечают показания мик-
роамперметра, включен-
ного в цепь фотоэлементов,
воспринимающих отражен-
ный свет. Белизну (Б)
рассчитывают по формуле
10
Рис. 148. Схема прибора для определения
белизны, блеска и цветности эмалевых по-
крытий
где i0 и ! — показания микроамперметра для сернокислого бария
и испытуемой поверхности; п—коэффициент диффузного отра-
жения сернокислого бария.
Рис. 149. Схема белизно-
мерной головки:
А — определение полного
отражения; Б—определение
диффузного отражения;
аа—к стабилизатору напря-
жения; ЬЬ — к токоизмери-
тельному устройству
Для измерения цветности ахроматических поверхностей
в кассету вставляют поочередно синий, оранжевый, зеленый и
красный светофильтры и определяют диффузное отражение,
447
соответствующее каждому светофильтру. Цветность (Ц) находят
по формуле
Ц -Р° = Рс—100 или Ц = -£^^.100,
Рз Рз
где р0, рс, рд, рк — диффузные отражения, соответствующие
оранжевому, синему, зеленому и красному светофильтрам.
Цветность покрытий, окрашенных в хроматические цвета,
определяют по относительной интенсивности диффузного отра-
жения для каждого из светофильтров по специальной таблице.
Для определения блеска на белизномерную головку наде-
вается конусная приставка, которую устанавливают сначала
на эталон блеска, а затем на испытуемый образец. Поворотом
рукоятки фотоэлемент устанавливают сначала для определения
полного отражения (рис. 149, положение /), а затем для опре-
деления диффузного отражения (положение II), учитываемого
при оценке блеска.
Определение химической устойчивости эмалевых покрытий и
фритт. Химическую устойчивость по отношению к различным
реагентам определяют как для эмалевых покрытий, так и для
эмалевых фритт (гранул).
Для быстрого качественного определения химической устой-
чивости покрытий широкое распространение за границей по-
лучил следующий метод [23, стр. 156; 16, стр. 584]. На хорошо
очищенное покрытие наносят при комнатной температуре каплю
свежеприготовленного 10-процентного раствора лимонной кис-
лоты. Через 15 мин каплю смывают, и класс устойчивости опре-
деляют визуально по характеру изменения поверхности, нахо-
дившейся под каплей, рассматривая ее в отраженном свете лампы
накаливания. Различают следующие классы химической устой-
чивости эмалей.
Класс АА — не обнаруживается каких-либо изменений.
Класс А — заметно весьма слабое потускнение; при штри-
ховке карандашом № 1 не обнаруживается граница пятна.
Класс В — заметное потускнение; при штриховке каранда-
шом обнаруживается граница пятна; штриховка может быть
стерта сухой тканью.
Класс С — то же, но штриховка стирается лишь влажной
тканью.
Класс D — грубая матовость.
Эмалевые покрытия классов АА и А считаются устойчивыми-
и гарантируют, в частности, длительную службу изделий на
открытом воздухе (архитектурные детали). Покрытия класса В
являются промежуточными, а классов С и D — неустойчи-
выми.
Для контроля химической устойчивости эмалевых покрытий
применяют количественные методы. Обычно определяют выщела-
чиваемость (потерю веса, вес сухого остатка) на единицу поверх-
448
ности эмалевого покрытия в результате воздействия реагента
в течение определенного времени.
Химическая устойчивость стальной эмалированной посуды
проверяется в соответствии с ЧМТУ 1132—68. В изделие наливают
4-процентный раствор уксусной кислоты из расчета 1,6 мл на
1 см2 поверхности. Открытое (без крышки) изделие нагревают до
кипения раствора на предварительно нагретой электроплитке
мощностью не менее 600 вт. Нагревание и кипячение производят
в течение 1 ч. Уровень раствора поддерживают постоянным,
доливая тот же раствор кислоты. После кипячения раствор и
промывную воду сливают в стакан. От общего количества, дове-
денного до объема отбирают 200 мл, выпаривают в фарфоро-
вой чашке, высушивают при 110° С до постоянного веса А. Вес
остатка а (в .мг/с-и2) определяют по формуле
_ АУг
а — S-200 ’
где 5 — площадь поверхности изделия, покрытой кислотой.
Величина а не должна быть более 0,4 мг1см2.
Контроль наружной поверхности посудных изделий произ-
водят согласно ЧМТУ 1132—68 качественно — пробой пятном.
После воздействия при комнатной температуре капли 4-процент-
ной уксусной кислоты в течение 1 мин и смывания ее спиртом
на эмалевом покрытии не должно оставаться матового пятна
и наблюдаться потери блеска.
Для контроля устойчивости к различным реагентам, напри-
мер к сильным кислотам, необходимого в производстве химиче-
ской аппаратуры, нашел применение метод определения потери
веса специальных образцов—пастинок или пробирок.
Для испытания изготовляют тонкостенные стальные трубки
с закрытым концом длиной около 180 мм и диаметром около
13 мм. Трубки покрывают грунтом, а затем (только снаружи)
испытуемой покровной эмалью, взвешивают их на аналитических
весах, а после этого попарно или по четыре штуки устанавливают
в прибор для выщелачивания (рис. 150). Трубки / и холодиль-
ник 3 вставляют в отверстие резиновой пробки 2. Пробка с труб-
ками помещается в широкую стеклянную пробирку 4 длиной
180 мм. Через холодильник в пробирку наливают требуемый
реагент. Раствор в пробирке кипятят в течение 4 или 8 ч. Затем
трубки извлекают, промывают, сушат при температуре 110° С,
охлаждают в эксикаторе и взвешивают. Потеря в весе, отнесен-
ная к 1 см2 поверхности трубки, находившейся под пробкой,
характеризует химическую устойчивость эмалевого покрытия.
Этот метод применяют не только как контрольный, но и для
исследования кинетики выщелачивания, Для чего испытание
повторяется многократно через определенные промежутки вре-
мени.
29 в«. в. Варгин
449
Существует большое количество разных вариантов методов
контроля и исследования химической устойчивости эмалевых
покрытий.
По американскому стандартному методу [3, стр. 452] в ка-
честве образца применяют эмалированную пластинку диаметром
9 см,. Реагентом служит 6-процентный раствор лимонной кислоты,
продолжительность кипячения — 2,5 ч. Кипячение осуществляется
Рис. 150. Схема прибора для
определения химической ус-
тойчивости эмалевых покры-
тий
Рис. 151. Прибор для определе-
ния кислотоустойчивости (аме-
риканским стандартным мето-
дом):
1 — обратный холодильник; 2 —
крышка; 3 — резиновая прокладка;
4— цилиндр из кислотоустойчивого
стекла; 5—раствор кислоты; 6—ре-
зиновая прокладка; 7 — образец;
8 — асбестовая прокладка; 9 — дно
в специальном стеклянном приборе, дном которого служит испы-
туемая пластинка (рис. 151). Устойчивость оценивают по потере
веса, отнесенной к 1 см2 поверхности образца. Этот метод нашел
широкое применение и в других странах для исследований устой-
чивости к различным реагентам.
Химическую устойчивость эмалевых фритт определяют почти
исключительно зерновым методом [1, стр. 87].
Для определения устойчивости гранулы эмали, измельченные
в фарфоровой ступке, рассеивают на ситах № 07 и 05 (64 и
450
144 отв/см2). Зерна, задержавшиеся на втором сите, отмывают
от пылевидных частиц декантацией спиртом, высушивают и бе-
рут навеску 3—10 г. Навеску помещают в коническую колбу
с пробкой, снабженную обратным холодильником. В колбу на-
ливают 150—200 мл требуемого реагента (вода, кислота, щелоч-
ной раствор), помещают ее в глицериновую ванну, на электро-
плитку или на горелку и кипятят необходимое время. Затем
зерна промывают декантацией водой, переносят на бумажный
или, лучше, на стеклянный фильтр, промывают спиртом, высу-
шивают и взвешивают. Потеря веса (в %) характеризует хими-
ческую устойчивость эмали (фритты).
Особые условия необходимы при определении устойчивости
щелочестойких фритт и эмалевых покрытий к действию растворов
едкого натра. Применение стеклянных сосудов исключается,
так как переходящие во время испытания в раствор составные
части стекла действуют как ингибиторы, т. е. уменьшают выщела-
чиваемость эмали. Вытяжка из самой испытуемой эмали также
оказывает ингибирующее действие. Чтобы уменьшить его, упо-
требляют малые навески зерен фритты и большое количество
раствора щелочи (300—400 мл). Для определения щелочеустой-
чивости пользуются сосудами из нержавеющей стали. Для испы-
тания фритты зерновым методом изготавливают стальной стакан
с герметически закрывающейся крышкой, снабженной стеклянным
холодильником. Для испытания эмалевых покрытий применяют
специальный сосуд из нержавеющей стали, к отверстиям на бо-
ковых стенках которого поджимают на резиновых прокладках
шесть испытуемых круглых пластинок диаметром 105 мм [370].
Испытание производят в 8—10-процентном растворе едкого
натра. Для приготовления раствора следует применять химически
чистый препарат, свободный от примеси углекислого натрия.
Нужно иметь в виду, что при хранении и приготовлении раство-
ров едкий натр чрезвычайно быстро поглощает углекислоту из
воздуха, превращаясь в соду. При использовании растворов,
содержащих, кроме NaOH, также Na2CO3, выщелачиваемость
эмали обычно оказывается больше, чем при действии чистого
раствора едкого натра («содовый парадокс»).
После заполнения сосуда с испытуемыми образцами раство-
ром едкого натра его возможно быстро нагревают до температуры
кипения раствора, после кипячения раствора в течение требуе-
мого времени зерна фритты или эмалированные образцы промы-
вают водой, слабой соляной кислотой, снова водой и спиртом и
высушивают. Потеря веса в % (гранулы) или в г/см2 (покрытия)
характеризует щелочеустойчивость.
При определении щелочеустойчивости эмалей для стиральных
машин в качестве реагента обычно применяют 5-процентный
раствор пирофосфата натрия [371]. В остальном испытание про-
изводится так же, как и при определении устойчивости эмалей
к едкому натру.
29* 451
Определение содержания вредных и ядовитых веществ. В эма-
лях для внутреннего покрытия посудных изделий не должно быть
вредных для здоровья веществ (соединений свинца, цинка, меди,
бария и др.).
Отсутствие вредных веществ проверяют по способам, утверж-
денным Главной государственной санитарной инспекцией Ми-
нистерства здравоохранения СССР.
Для контроля используют уксуснокислые вытяжки, полу-
чаемые при определении химической устойчивости посудных
изделий. В вытяжках методами качественного анализа указанные
вещества не должны обнаруживаться.
Глава IX
ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ
Обширная литература, изданная в последние годы [372—
379], позволяет ограничиться лишь краткими сведениями, знание
которых необходимо специалистам, непосредственно занятым
в эмалировочном производстве, не касаясь норм проектирования
и строительства, а также общих правил эксплуатации оборудо-
вания (электрического, грузоподъемного, газового и т. п.).
Производство эмалированных изделий включает разнообраз-
ные технологические процессы, каждый из которых имеет свои
специфические правила охраны труда и техники безопасности.
Подготовка сырьевых материалов и приготовление шихты.
Процесс приготовления эмалей (от подготовки сырьевых материа-
лов до варки) в отношении техники безопасности имеет много
общего с процессом производства различных видов стекол.
Безопасность обслуживания дробильно-размольного обору-
дования обеспечивается его конструкцией (вынос смазочных
приспособлений, тормозные и предохранительные устройства,
блокировка) и правильным оснащением рабочего места (огражде-
ния, ширина проходов, устройство загрузочных площадок). Для
защиты глаз и лица от механических повреждений отлетающими
осколками применяют очки закрытого типа С-33, сетчатые очки
С-10, маски сетчатые и с прозрачным экраном.
В состав шихты некоторых эмалей входят токсичные вещества
(соединения свинца, мышьяка, сурьмы, меди, бария, цинка,
кадмия, молибдена, хроматы, фториды, кремнефториды, манга-
наты, борная кислота и др.), попадание которых в организм даже
в незначительных количествах (доли грамма) приводит к тяже-
лым отравлениям и заболеваниям. Использование этих веществ
должно быть строго регламентировано. Многие вещества (едкие
и углекислые щелочи, соединения хрома, марганца, окислители,
окислы кобальта, никеля, меди) оказывают раздражающее дей-
ствие на кожу и вызывают заболевания глаз. Даже в нетоксичных
соединениях в качестве примесей могут содержаться ядовитые
вещества. Поэтому в составных отделениях эмалеприготовитель-
ных цехов необходимо строго соблюдать правила гигиены.
453
При применении любого нового компонента в шихте нужно
ознакомиться с его действием на организм по справочной лите-
ратуре [373].
На всех стадиях подготовки материалов и приготовления
шихты в воздух выделяется большое количество пыли (при за-
грузке и выгрузке, просеивании, транспортировке и смешении).
Кроме того, пыль может выделяться из машин и аппаратов,
внутри которых возникает избыточное давление (вследствие нагре-
вания воздуха, сжатия воздуха поступающим материалом, дей-
ствия движущихся частей с большими скоростями).
Борьба с пылью — важнейшее мероприятие по охране труда.
Наиболее опасна пыль с диаметром частиц 0,25—5 мкм (более
крупные частицы быстро оседают, а более мелкие выдыхаются
из легких). Осевшая в легких пыль вследствие перехода в раство-
римое состояние и всасывания воздействует на весь организм.
В составных цехах стекольных заводов 70% пыли имеет величину
частиц менее 5 -мкм [380].
Наиболее распространенйой в производстве эмалей является
кварцевая и силикатная пыль, которая может вызывать силикоз.
Пыль ядовитых веществ может вызвать и острое отравление.
По статистическим данным до 95% производственных отравлений
происходит через дыхательные пути. Нормы промышленной са-
нитарии [372, СН '245—63] устанавливают следующие предельно
допустимые концентрации в воздухе вредных веществ, приме-
няемых для приготовления шихты.
Пыль, содержащая более 70% свободной SiO2 в кристал-
лическом виде...................................... 1,0
Пыль, содержащая от 10 до 70% свободной SiO2........ 2,0
Пыль силикатов, содержащая менее 10% свободной SiO2 4,0
Пыль стеклянного и минерального волокна.............. 3,0
Гранитная и асбестовая пыль ......................... 2,0
Пыль барита, апатита, фосфорита, содержащая ме-
иее 10% SiO2....................................... 5,0
Пыль цемента, глин и других минералов, не содержащая
свободной SiO2..................................... 6,0
Прочие виды минеральной пыли, не содержащие свобод-
ной SiO2 и примесей токсичных веществ .............10,0
Окись алюминия ....................................... 2,0
Окись кобальта и никеля .............................. 0,5
Пыль окислов железа, содержащая менее 10% свобод-
ной SiO2 и менее 6% окислов марганца .............. 4,0
Пыль окислов железа, содержащая менее 10% общей SiO2,
1,5—3% окислов марганца и до 10% других окислов
металлов ......................................... 6,0
Окись кадмия и соединения кадмия (в пересчете на CdO) 0,1
Соединения марганца (в пересчете на МпО2) ........... 0,3
Соединения молибдена, растворимые, в виде пыли . . . 4,0
Соединения молибдена нерастворимые .................. 6,0
Хромовый ангидрид, хроматы, бихроматы (в пересчете
на СгО3) .......................................... 0,1
Соли фтора (в пересчете иа HF)....................... 1,0
Сода, поташ, сульфат, известняк...................... 5,0
454
Соединения сурьмы (в пересчете на окислы) .......... 0,5
Соединения мышьяка (в пересчете на окислы) .... 0,3
Окись цинка......................................... 5,0
Окись циркония, циркон, нерастворимые соединения
циркония.......................................... 5,0
Соединения свинца .................................. 0,01
Бериллий и его соединения .......................... 0,001
Ванадий и его соединения
в виде дыма .................................. 0,1
в виде пыли ................................. 0,5
Наибольшему воздействию пыли подвергаются рабочие при
обслуживании не полностью укрытого оборудования, требующего
применения ручного труда. Пыль выделяется в рабочую зону
через постоянно открытые проемы в кожухах оборудования.
Для удовлетворительного удаления пыли вентиляционные устрой-
ства должны обспечивать скорость всасывания воздуха 0,7—
1,5 м!сек. При конструировании таких устройств необходимо
1380, 381 ]:
1) устранять возможность прямого направления пылевой
струи в сторону проема укрытия, отводя ее при помощи щитов,
соответствующим расположением течки и т. п.;
2) угол раскрытия вытяжных зонтов делать не более 60°;
3) присоединение вытяжного воздуховода к кожуху выпол-
нять при помощи плавного перехода и вдали от места наиболь-
шего образования пыли;
4) струи свободно падающего материала заключать в трубу
или ограждения, изолирующие их от окружающей среды.
Примеры вентиляционных устройств такого типа приведены
на рис. 152, а—г.
Очень большие количества пыли кратковременно образуются
при высыпании материалов из быстроразгружающейся тары
(барабаны, опрокидные вагонетки, скипы). Такой способ следует
заменить разгрузкой через течки. Примеры вентиляционных
устройств для вытяжки от мест перепадов сыпучих материалов
приведены на рис. 152, д, е.
При использовании описанных выше вытяжных устройств
происходит значительный унос обрабатываемых материалов. Для
многих механизмов (сита, сепараторы, смесители, шаровые мель-
ницы) рациональная аспирация состоит в укрытии их герметич-
ными кожухами, под которыми создается разрежение (рис. 152, ж).
В этом случае представляется возможным свести унос материала
к минимуму, поддерживая в то же время в воздуховодах скорость
воздуха, достаточную для транспортирования пыли при любой
степени герметизации механизма. Эта задача разрешается устрой-
ством на всасывающем воздуховоде открытого, параллельно
присоединенного насадка. При закрытии люка вытяжка из ко-
жуха минимальная, но в то же время он находится под разреже-
нием. При открытом люке вытяжка из кожуха наибольшая.
Применяя дросселирующие задвижки, можно получить необхо-
455
Рис. 152. Местные вытяжные устройства для удаления пыли при подготовке
сырьевых материалов [380]: а — вытяжка у щековой дробилки при ручной за-
грузке породы; б — вытяжка у приямка элеватора при ручной загрузке; в —
вытяжка у течки бункера для загрузки вагонетки—весов; г — вытяжка у колоды
для смешивания небольших количеств шихты; д — вытяжка у места загрузки
вагонетки из наклонной течки; е — вытяжка у щековой дробилки при загрузке
из течки; ж — аспирация оборудования, укрытого герметичным кожухом:
Z — вытяжной воздуховод; 2 — вытяжной зонт; 3 — течка; 4 — снто; 5 — колода;
6 —стекло; 7 — кожух; 8 — насадок; 9 — сетка; 10 — герметичная дверца
456.
димое разрежение .за насадком. Для устранения пыли при вы-
пуске материала из таких механизмов целесообразно применять
соединение разгрузочного люка с емкостью для выгрузки рука-
вом. Выделение пыли при смешивании и транспортировке шихты
можно ликвидировать полностью, если эти операции вести в одном
и том же герметично закрывающемся контейнере-смесителе (см.
стр. 14). Эффективным средством борьбы с пылью при транс-
портировке материалов является применение пневмотранспорта.
Если весь комплекс мероприятий не обеспечивает снижения
концентрации пыли в рабочей зоне ниже предельно допустимой,
применяют средства индивидуальной защиты [375]: респиратор
(марок Ф-62Ш, У-2К с эффективностью фильтрации 99,9%
либо простейший респиратор «Лепесток»), очки С-12-бц, пыле-
защитную одежду из молескина, перчатки. В случае работы с ток-
сичными веществами применение индивидуальных средств защиты
обязательно.
Удаляемый вытяжными устройствами воздух перед выбросом
в атмосферу должен очищаться. Для этой цели наиболее рацио-
нальны матерчатые фильтры; инерционные пылеотделители сле-
дует применять лишь на первой стадии очистки.
Дробильно-размольное и вентиляционное оборудование эмале-
заготовительных цехов является мощным источником вибраций
и шума. Обслуживание такого оборудования регламентйруется
санитарными нормами и правилами [377].
Для борьбы с шумом и вибрацией принимаются меры при
проектировании, планировке и строительстве объектов, а также
комплекс организационно-технических и гигиенических меро-
приятий, снижающих отрицательное влияние шума [379]. Важ-
нейшие из них: балансировка механизмов, вибро- и звукоизоля-
ция оборудования; недопущение турбулентного движения газов,
в газоходах и воздуховодах. При обслуживании машин с высоким
уровнем шума применяют противошумные приспособления —
заглушки, наушники и шлемы из звукоизолирующих материалов
(удобны и эффективны наушники ВЦНИИОТ-2).
Некоторые шихтовые материалы (марганцовокислый калий,
хромовый ангидрид, двуокись свинца, селитры) опасны в пожар-
ном отношении [374]. Смеси этих веществ с горючими веще-
ствами могут взрываться при ударе, трении и нагревании, а также
воспламеняться при действии азотной и серной кислот.
Варка эмалей. Большинство предприятий выплавляют эмали
во вращающихся печах периодического действия, что требует
частого розжига, гашения и изменения нагрузки горелок. Безо-
пасные системы сжигания топлива подробно рассмотрены в ра-
боте [376]. Воздух плавильного отделения загрязняется при
засыпке шихты пылью шихтных материалов; в процессе варки
и выработки эмали — продуктами разложения и улетучивания
компонентов (летучие соединения фтора, фосфора, свинца,
мышьяка, щелочные окислы, окислы азота) и продуктами не-
457
полного сгорания топлива (СО, H2S); в случае неисправности
газоходов — составными частями топлива. Приводим предельно
допустимые концентрации вредных веществ, выделяющихся в воз-
.дух при варке эмалей (см. также табл. 70):
Фтористые соединения (в пересчете на HF) ............. 1,0
Окислы азота (в пересчете на NaO8) ................... 5,0
Фосфорный ангидрид.................................... 1,0
Щелочные аэрозоли (в пересчете на NaOH) .............. 0,5
СО .....................................................30
H2S ....................................................10
Предельные углеводороды, содержащиеся в природном газе, при
высоких концентрациях действуют наркотически и удушающе.
Над печью устанавливают вытяжной зонт. Шихтная пыль
отсасывается вытяжным зонтом, помещаемым непосредственно
над загрузочным люком в площадке над печью. Индивидуальные
противопылевые средства защиты применяют такие же, что и
при приготовлении шихты. Наиболее эффективное средство
борьбы с пылеобразованием .при загрузке — брикетирование
шихты. Шихта увлажняется до 8% водным раствором с добавкой
клеющего вещества (например, раствором жидкого стекла) и
прессуется в брикеты специальными прессами (валковыми, коль-
цевыми). Кроме улучшения условий труда, брикетирование
позволяет резко снизить потери материала на унос, уменьшить
разъедание горелок, оплавление свода (в ванных и Горшковых
печах), отложение шихты в вытяжных устройствах.
При грануляции расплава на воду в случае недостаточного
количества воды может произойти бурное вскипание и разбрыз-
гивание. Бак для грануляции следует изготовлять с таким расче-
том, чтобы вода в нем нагревалась не выше 70° С. Если в составе
шихты имеются сульфаты или хлориды, то образующийся на
поверхности расплава «щелок» при грануляции на воду может
вызвать взрыв. В этом случае эмаль следует выливать на метал-
лическую плиту или гранулировать сухими методами. Вытяжка
от бака для грануляции должна обеспечивать удаление обра-
зующегося водяного пара.
В плавильном отделении происходит большое тепловыделе-
ние, поэтому оно должно быть оборудовано мощной системой
приточно-вытяжной вентиляции. Мероприятия по созданию нор-
мальных метеорологических условий более подробно рассмо-
трены ниже (см. стр. 464).
В процессе работы плавильщик периодически подвергается
действию мощного теплового излучения с интенсивностью 3—
4 кал:см2 мин. Поэтому рабочие должны иметь костюмы из труд-
новоспламеняемых тканей (брезент, сукно, хлопчатобумажные
и льняные ткани с пропиткой), рукавицы, суконную шляпу или
панаму, сетчатую маску с наголовником и откидной рамкой для
светофильтра (МС-32, стекло СС14).
458
Подготовка изделий к эмалированию. При абразивной очистке
изделий применяют корунд и стальную или чугунную дробь,
позволяющие интенсифицировать процесс очистки и исключа-
ющие образование силикатной пыли; предельно допустимая кон-
центрация корундовой пыли 5 мг!м3.
Для защиты рабочего от пыли при работе в камерах с от-
крытой струей предназначен пылезащитный комбинезон со шле-
мом, под который подается воздух с избыточным давлением
1—2 мм вод. ст. в количестве 180—200 л!мин. Следует также
остерегаться ударного действия струи.
Для ручной очистки мелких изделий применяют установки
с камерой закрытого типа, на фронтальной стороне которой
должно быть вставлено стекло с резиновым уплотнением. Там же
имеются отверстия с брезентовыми нарукавниками для рук
работающего.
Химические метбды подготовки поверхности металлов
к эмалированию требуют очистки воздуха помещений от вредных
паров и газов, защиты от химических ожогов едкими веществами,
строгого соблюдения правил гигиены, очистки сточных вод.
Предельно допустимые концентрации в воздухе веществ при
химических методах подготовки поверхности (в мг!м3):
Хлорированные углеводороды.................10
Щелочные аэрозоли (в пересчете на NaOH) 0,5
HNO3 и окислы азота (в пересчете на N2O5) 5
НС1 .......................................10
H3SO4 и SO3.................................1
Н3РО4 и Р2О5................................1
AsH3 .......................................0,3
РН3.........................................0,1
Цианиды в пересчете на HCN..................0,3
'X Хлорированные углеводороды, применяемые на некоторых за-
рубежных заводах в качестве обезжиривающих веществ, в СССР
не используются вследствие ядовистости их паров. Дихлорэтан
и дихлорэтилен взрывоопасны, разлагаются на "воздухе с обра-
зованием фосгена и хлористого водорода. Обезжиривание с по-
мощью органических растворителей требует применения герме-
тизированных установок и системы регенерации, исключающей
их попадание в атмосферу и сточные воды.
Горячие щелочные растворы при попадании на кожу вызы-
вают ожоги. Попадание щелочей в глаза приводит к тяжелым
заболеваниям и даже потере зрения.
При использовании твердой каустической соды наиболее
опасной операцией является раскупорка барабана (обязательно
применение Закрытых очков!) и извлечение из него щелочи. На
рис. 153 приведена схема установки для безопасного растворения
щелочи в воде с помощью пара.
При травлении в растворах кислот выделяющийся водород
увлекает за собой частицы раствора, что приводит к образованию
459
тумана; он образуется также вследствие соединения выделя-
ющихся газов (SO3, NO2, НС1 и др.) с влагой воздуха. Кроме
кислот и окислов, оказывающих разъедающее и токсичное дей-
ствие, опасен и мышьяковистый водород, образующийся ввиду
наличия примесей мышьяка в металле или кислотах. Поэтому
содержание мышьяка в кислотах для травления не должно пре-
вышать 0,02%. При травлении в фосфорной кислоте возможно
образование ядовитых аэрозолей этой кислоты, содержащих
соли железа, а при восстановительных условиях — фосфористого
Рис. 153. Установка для растворения
твердой щелочи:|
1 — корпус растворителя; 2 — барабан
с твердой щелочью; 3 — самозахватываю-
щие клещи; 4 — тельфер; 5 — монорельс;
6 — насосу
водорода.
Ванны в травильном отделе-
нии должны быть снабжены си-
стемой вентиляции для удале-
ния вредных веществ. Бортовые
отсосы являются надежным вен-
тиляционным устройством и не
мешают пр и обслуживании ванн.
Их применяют при ширине ванн
до 1000 мм. Более эффективна
система с передувкой, представ-
ляющая собой комбинацию бор-
тового отсоса с одной стороны
ванны и устройства для при-
тока воздуха — с другой. Воз-
дух подается плоской струей,
выходящей из щели шириной
3—5 мм со скоростью 6—-
10 м!сек и стелящейся над по-
верхностью испарения. Однако
при извлечении корзины с из-
делиями из ванны ни бортовые отсосы, ни присадки не могут
предотвратить выделения паров кислоты с изделий в воздух.
Поэтому травильные отделения должны быть снабжены общей
приточно-вытяжной вентиляцией с подачей свежего воздуха на
рабочее место и отводом его с задней стороны ванн.
Для предотвращения химических ожогов рабочие снабжаются
спецодеждой из сукна, прорезиненными фартуками, нарукав-
никами, резиновыми перчатками, резиновыми сапогами и защит-
ными очками (ПО-2 или ПО-3). Все большее применение
находят ткани со специальными пропитками из синтетического
волокна, обладающие более высокой устойчивостью к воздей-
ствию травильных растворов, чем натуральные (лавсан, ни-
трон). Более удобны, гигиеничны и прочны перчатки на ткане-
вой основе с защитным покрытием из латекса в смеси со смо-
лами.
Рекомендуется также наносить на руки защитные мази и
пасты (цинкстеаратная мазь Селисского № 1 и 2, паста Чума-
кова, паста ИЭР-2, силиконовый крем)..
460
В травильных отделениях должны быть предусмотрены устрой-
ства для быстрого удаления кислоты и щелочи с поверхности
кожи и особенно для промывки глаз: пробочный (не вентильный )
кран с-резиновым шлангом и душирующей насадкой и приспособ-
ление типа питьевого фонтанчика. Едкие жидкости надо смывать
в течение 15—10 мин.
Наибольшая опасность химических ожогов возникает при
транспортировке и переливе кислот. В случае большого расхода
кислот наиболее безопасен перелив с помощью центробежных
насосов, выполненных из коррозионностойких материалов. Порш-
невые насосы применять
нельзя. Около насосов
устраивают приямок для
стока кислоты в случае
неисправности сальников.
Надежное уплотнение ме-
ста прохода вала насоса
обеспечивает безопасность
перелива. Наиболее без-
опасны вертикальные бес-
сальниковые центробеж-
ные насосы.
При небольшом расходе
Рис.
154. Комбинированный способ перелива
кислоты
кйслот можно применять
комбинированный способ
перелива (рис. 154). Бак А
наполняется водой из водопровода. При спуске воды из бака А
в баке Б создается разрежение и кислота поступает из резер-
вуара В в бак Б. При наполнении бака А кислота под давле-
нием воздуха из бака Б переливается в бак Г. Применение
сжатого воздуха опасно. Наоборот, слив кислот и других едких
жидкостей с помощью вакуума наиболее безопасен.
Для контроля уровня кислоты в расходных бачках водомер-
ные стекла применять нежелательно. Для этих целей рекомен-
дуется применение поплавковых уровнемеров, автоматических
весов, суммирующих расходомеров, связанных с двигателем
насоса. Расходные бачки должны быть снабжены переливной
трубой с диаметром большим, чем диаметр наливного трубо-
провода.
Кислоты на заводы поступают в цистернах, бочках и буты-
лях. Кислоту из цистерны в емкости для хранения следует пере-
ливать только с помощью сифона или насоса. Устройство нижних
спусков запрещается, так как в случае засорения крана его
нельзя будет закрыть. При поступлении кислоты в бочках или
бутылях склад располагают рядом с травильным отделением,
причем пол на складе должен быть выше уровня пола в травиль-
ном отделении на 100—120 см, это позволяет сливать кислоту
из бутылей и бочек в травильные ванны с помощью сифона.
461
В случае транспортировки и слива кислот ручным способом
необходимо соблюдать общеизвестные правила техники безопас-
ности [372].
При заправке ванны кислотой сначала заполняют примерно
третью часть ванны водой, а затем с помощью шланга, конец
которого во избежание разбрызгивания кислоты погружен в воду,
наливают необходимое- количество кислоты. После этого добав-
ляют оставшееся количество воды.
На ряде зарубежных эмалировочных предприятий в промы-
вочные и нейтрализационную ванны добавляют до 0,3% циани-
дов. Применение цианидов требует строжайшего соблюдения
специальных правил техники безопасности.
В травильном отделении все электрооборудование должно
иметь закрытое или брызгозащитное исполнение, так как наличие
влаги и химически агрессивной среды создает опасность пора-
жения людей электрическим током. Кнопочные выключатели
тельферов должны быть закрыты полиэтиленовыми чехлами во
избежание попадания в них кислоты.
Сточные воды травильного отделения содержат большое ко-
личество кислоты и солей железа и перед спуском в канализа-
цию должны быть нейтрализованы (мелом, известью, содой) и
очищены от шлама [382].
Нанесение эмали иа изделия. При нанесении эмали шликер-
ным способом вручную шликер, попадающий на руки рабочего,
может вызвать раздражения кожи. Для защиты от действия шли-
кера следует надевать тонкие резиновые перчатки, а также сма-
зывать руки мазями и пастами. После' работы руки надо вымыть
теплой водой и смазать глицерином.
При ручном нанесении шликера рабочий за смену совершает
большое количество (несколько тысяч) однообразных движений,
связанных с физической нагрузкой. Поэтому для предупреждения
заболеваний двигательного аппарата рук необходимо предусмот-
реть в режиме рабочего дня несколько кратковременных перерывов.
При нанесении эмалевого шликера с помощью пульвериза-
торов мельчайшие брызги шликера образуют туман. Покрытие
мелких изделий производят в камерах, снабженных системой
вытяжной вентиляции и пылеулавливания. Удобны кабины с оро-
шаемыми стенками. При покрытии крупных изделий, особенно
внутренней их поверхности, принимают такие же меры безопас-
ности, как и при абразивной очистке (см. стр. 459). Имеются
конструкции пистолетов-распылителей марки БТО (без тумано-
образования).
При нанесении эмали пудровым методом в воздухе рассеи-
вается большое количество эмалевой пыли (до 10% от веса рас-
ходуемой пудры). Над каждым станком для опудривания уста-
наливают вытяжной зонт, соединенный с пылеуловительной
камерой. При опудривании изделий следует также пользоваться
индивидуальными противопылевыми средствами (стр. 457) и спец-
462
одеждой для защиты от теплового излучения (защитные щитки*,
абсестовые передники, нарукавники, рукавицы).
Обжиг эмалевого покрытия. Обжиг связан с интенсивным
тепловым излучением на рабочих местах и высокой температурой
воздуха в помещении.
Наибольшее, периодически повторяющееся (10—20 раз в час)
тепловое облучение рабочего происходит во время загрузки и
выгрузки изделий при обжиге в камерных печах. Кроме того,,
рабочий подвергается постоянному тепловому облучению от
нагретых стенок печей и остывающих изделий. Действие лучи-
стого тепла определяется спектральным составом излучения,
интенсивностью и длительностью его воздействия, а также состоя-
нием организма работающего. Лучистая энергия действует не
только на кожу, но и на подкожные ткани, причем на кожу силь-
нее действует длинноволновый участок инфракрасного излуче-
ния, а на подкожные ткани — более короткие волны.
Инфракрасное излучение с длиной волны 2400—1400 нм без-
вредно, с длиной волны 1400—1040 нм частично вредно, ниже-
1040 нм очень вредно.
Ощущение боли и жжение, а также чувство «непереносимости»-
появляется при повышении температуры кожи до 42—46° С.
Если облучение продолжается дальше, то появляются ожоги.
Ниже приведено время «переносимости» действия инфракрас-
ного облучения различной интенсивности от источников нагре-
вания с температурой 800—1600° С.
Интенсивность теп- Время переносимо- Интенсивность теп- Время переносимо-
лового излучения в кал/см2’ мин сти в сек лового излучения в кал/см2' мин сти в сек
2 159—305 10 5—11
3 39—59 12,5 4—8
4 27—38 15 3—7
5 12—27 17,5 3—6
7,5 6—15 20 1—5
25 1—3
Верхним пределом допустимой интенсивности облучения без;
защитных приспособлений считается величина облучения
в 1 кал/см2 - мин.
В условиях горячих цехов совместное действие лучистого и
конвекционного тепла при выполнении мышечной работы предъ-
являет повышенные требования к механизму терморегуляции
организма. На состояние организма влияет также резко меня-
ющийся микроклимат на протяжении смены. Следствием сильного
перегревания организма может явиться тепловой удар и резкое
нарушение водносолевого баланса. Многолетнее действие интен-
сивного инфракрасного излучения на глаза может вызвать помут-
нение хрусталика (катаракту). Метеорологические условия регла-
ментируются санитарными нормами [372, СН 245—63, прило-
жение 3].
46S.
Производственные помещения, в которых в результате тех-
нологической работы выделяется 20 ккал тепла и более за 1 ч
на 1 л3 объема здания, считаются горячими цехами. В таких
помещениях в холодный и переходный периоды года (темпера-
тура наружного воздуха ниже 10° С) на рабочих местах допу-
стимы параметры: температура воздуха 13—24° С, относитель-
ная влажность не более 80%, скорость движения воздуха до
0,3—0,5 м/сек-, в теплый период года (при температуре воздуха
выше 10° С) температура воздуха должна быть выше средней
температуры наружного воздуха в 13 ч дня самого жаркого ме-
сяца не более чем на 5°, но не выше 28°, относительная влажность
55—80%, скорость движения воздуха в зависимости от категории
работы (легкая, средней тяжести, тяжелая) от 0,5 до 1,5 м/сек.
Оптимальные условия в холодный и переходный периоды года:
температура воздуха 14—-21 °C, относительная влажность 60—
40%, скорость движения воздуха 0,2—0,3 м/сек-, в теплый период
года: температура воздуха 17—25° С, относительная влажность
60—40%, скорость движения воздуха до 0,3 м/сек [383].
К основным мероприятиям по созданию благоприятных ме-
теорологических условий и защите от лучистого тепла отно-
сятся:
1) механизация и автоматизация процесса обжига (конвейер-
ные печи, механизированные посадочные устройства и т. п.);
2) ограничение поступления конвекционного и лучистого
тепла в рабочую атмосферу (улучшение тепловой изоляции по-
верхностей, нагретых выше 100° С; сокращение периода времени,
на который открываются заслонки печей; применение экранов;
установка вытяжных зонтов над печами и загрузочными устрой-
ствами);
3) правильная расстановка теплотехнических агрегатов (на
рабочих местах не Должны скрещиваться тепловые потоки от
нескольких агрегатов);
4) общая и местная приточно-вытяжная вентиляция;
5) рациональный питьевой режим (употребление газирован-
ной воды, содержащей 0,5% NaCl);
6) правильный режим отдыха (организация мест отдыха с тем-
пературой воздуха 18—-21° С и воздушным душированием);
7) обеспечение спецодеждой и защитными приспособлениями
(костюм из белой хлопчатобумажной ткани, нарукавники, рука-
вицы и перчатки).
Основное значение в создании нормальной метеорологической
обстановки имеет общая и местная вентиляция. Для цехов с резко
выраженной неравномерной тепловой нагрузкой следует приме-
нять методы дифференцированного расчета, с тем, чтобы обес-
печ'ить гигиенически допустимые параметры воздуха на наиболее
теплонапряженных участках.
Для организации естественного воздухообмена сооружают
незадуваемые фонари, ветроотбойные щиты на задуваемых фо-
464
парях, фрамуги с механическим приводом, дефлекторы и другие
элементы аэрационной техники.
В тех случаях, когда аэрацией не достигаются приемлемые
метеорологические условия или если воздушный бассейн в районе
завода загрязнен, прибегают к принудительному воздухообмену.
При этом отсос воздуха производят над печами и загрузочными
устройствами, что одновременно обеспечивает удаление вредных
газов, выделяющихся при обжиге эмалевого покрытия. Подавае-
мый воздух проходит кондиционирование (очистку от пыли, нагре-
вание или охлаждение, увлажнение) в кондиционерах. Эконо-
мически выгодно применять для охлаждения воздуха адсорбцион-
ные холодильные установки, использующие тепло, отводимое
от печей, и солнечную энергию.
Эффективным средством понижения температуры воздуха в го-
рячем цехе является высокодисперсное водораспыление. Такой
способ охлаждения воздуха применяют в приточных аэрационных
проемах и внутри цеха в соответствующих рабочих зонах. Кроме
снижения температуры, водораспылением достигается ионизация
воздуха, снижение интенсивности облучения, увеличение тепло-
отдачи организма, предохранение слизистых оболочек от высы-
хания. При отсутствии облучения и средней физической работе
количество распыляемой воды в зоне пребывания людей составляет
7—10 г/м2 площади пола в минуту. При интенсивности облуче-
ния 1 кал!см2-мин количество распыляемой воды увеличивают
на 17 г!м2-мин. Распыление воды с оседанием ее на поверхности
одежды допустимо при температуре воздуха на рабочем месте
не ниже 30° С, интенсивности теплового облучения не менее
0,5 кал!см2 • мин, достаточном воздухообмене и скорости воздуха
в рабочей зоне не ниже 0,5 м!сек.
Для гигиенической оценки воздуха имеет значение также его
электрическое состояние. Благоприятное действие на организм
оказывают легкие отрицательные ионы, в том числе гидроионы.
Положительно заряженные аэроионы оказывают неблагоприятное
действие на организм (в частности, положительные аэроионы
преобладают при наличии в воздухе паров кислот).
Кратковременные сеансы аэроионизации производственных
помещений повышают работоспособность. При этом следует учи-
тывать загрязненность воздуха пылью, которая приводит к обра-
зованию тяжелых ионов. Электризация аэрозолей в таких усло-
виях может способствовать проникновению их в дыхательные
пути и усилению токсического действия.
Однако одними средствами общеобменной вентиляции не
удается добиться достаточно эффективной защиты от воздействия
теплового излучения на рабочем месте непосредственно около
печи.
При облучении свыше 1 кал 1см2 -мин нормы предусматри-
вают воздушное или водовоздушное душирование рабочего места.
Температура и скорость движения воздуха в зоне действия воздуш-
30 В. В. Варгин * 465
ного факела должны удовлетворять санитарным нормам [372,
СН 245—63, приложение 3].
Для душирования рабочих мест применяют передвижные и
стационарные установки. Воздух подается на рабочие места
с обеих сторон загрузочного устройства. Воздушную струю
обычно направляют наклонно или вертикально сверху вниз.
Необходимо принимать меры против подогрева • воздуха при
прохождении его по воздуховодам. Душирование рабочих мест
у печей не должно вызывать перемещения нагретого воздуха
к другим рабочим местам.
Часто печи обжига установлены так, что на площадке между
печами скрещиваются тепловые потоки, и при этом облучение
рабочего происходит с двух и более сторон. В этих случаях пло-
щадка между печами должна быть перегорожена водоохлаждае-
мыми экранами.
При интенсивном воздухообмене взмучивается пыль и соз-
даются неблагоприятные условия работы, поэтому уборке пыли
следует уделять особое внимание. Для уборки пыли с машин,
пола, стен лучше всего применять пылесосные установки. Цен-
трализованная система пылеуборки представляет собой разветв-
ленную систему герметичных труб диаметром 70—100 мм, в ко-
торой создается разрежение. На расстоянии 10—12 м друг от
друга устанавливают клапаны, к которым присоединяют концы
гибких шлангов длиной 7—10 м со специальными наконечниками,
всасывающими пыль. Пыль собирается в пылеотделителях, откуда
ее периодически удаляют. На небольших предприятиях целе-
сообразно применять передвижные пылесосные установки. Не
следует допускать накапливания пыли на воздуховодах, карни-
зах и других высоко расположенных устройствах.
Работники, занятые в эмалировочном производстве, должны
проходить медицинский осмотр при поступлении на работу и
ежегодные профилактические медосмотры.
Соблюдение правил техники безопасности и охраны труда
обязательно не только для сохранения здоровья и трудоспособ-
ности людей, оно является необходимым условием культуры
производства, повышения производительности труда и улучше-
ния качества эмалированных изделий.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Плотность водных растворов серной и соляной кислот
Плотность в г/см* (при 20° С) Содержание HiSO4 в г Плотность в г/см* (при 20° С) Содержание Нг5О4 в г
в 100 г В 1 л в 100 г В 1 л
1,005 1 10,05 1,321 42 554,6
1,012 2 20,24 1,338 44 588,9
1,018 3 30,55 1,357 46, 624,2
1,025 4 41,00 1,376 48 660,5
1,032 5 51,58 1,395 50 697,5
1,038 6 62,31 1,415 52 735,8
1,045 7 73,17 1,435 54 774,9
1,052 8 84,18 1,456 56 815,2
1,059 9 95,32 1,477 58 856,7
1,066 10 106,6 1,498 60 898,8
1,073 11 118,0 1,520 62 942,4
1,080 12 129,6 1,542 - 64 986,9
1,087 13 141,4 1,565 66 1033
1,095 14 153,3 1,587 68 1079
1,102 15 165,3 1,611 70 1127
1,109 16 177,5 1,634 72 1176
1,117 17 189,9 1,657 74 1226
1,124 18 202,3 1,681 76 1278
1,132 19 215,1 1,704 78 1329
1,139 20 227,9 1,727 80 1382
1,155 22 254,1 1,749 82 1434
1,170 24 280,9 1,769 84 1486
1,186 26 308,4 1,787 86 1537
1,202 28 336,6 1,802 ' 88 1586
1,219 30 365,6 1,814 90 1633 '
1,235 32 395,2 1,824 92 1678
1,252 34 425,5 1,8312 94 1721
1,268 36 456,6 1,8355 96 1762
1,286 38 488,5 1,8365 98 1799
1,303 40 521,1 1,8305 100 1831
30
467
Продолжение
Плотность в г!см* (прн 20° С) Содержание НС! в г Плотность в е/сл»’ (при 20° С) Содержание НС1 в г
в 100 г в 1 л в 100 г в 1 л
1,003 1 10,03 1,108 22 243,8
1,008 2 20,16 1,119 24 268,5
1,018 4 40,72 1,129 26 293,5
1,028 6 61,67 1,139 28 319,0
1,038 8 83,01 1,149 30 344,8
1,047 10 104,7 1,159 32 371,0
1,057 12 126,9 1,169 34 397,5
1,068 14 149,5 1,179 36 424,4
1,078 16 172,4 1,189 38 451,6
1,088 18 195,8 1,198 40 479,2
1,098 20 219,6
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Способы пересчета состава эмали
Из весовых процентов в молекулярные
Содержание каждого из окислов п/ (в вес. %) делят на молекулярный вес
данйого окисла ft/. Полученные значения Mi суммируют и сумму принимают за
100 мол. %. Содержание каждого из компонентов в мол. % находят по формуле
mt = кл , лл ---ТТЛ- • *00%.
где Mi, М2, . . , Мп — число молей каждого окисла в эмали;
где л/ — содержание данного окисла в эмали в вес. %; ft/ — молекулярный вес
окисла; mi — содержание данного окисла в эмали в мол. %.
Из молекулярных процентов в весовые
I
Содержание каждого компонента в мол. % умножают на соответствующий
молекулярный вес. Полученные значения суммируют и принимают за 100 вес. %.
Содержание каждого из компонентов в вес. % находят по формуле
nt = -»?-; „-г--г~Гт— Ю0%,
АГд + АГвЧ-|-W/n
где N{ — m(bt. ______ __ _______
468
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
469
Расчет количества материалов для составления шихты эмали Т-1 по ее химическому составу [1, стр. 158]
Наименование материалов Содержание окислов, вводимых в эмаль 100 вес. ч. данного материала * в % Теорети- ческий состав шихты в вес. ч. Содержание компонентов в материалах по данным химического анализа в % Произ- водствен- ный состав шихты на 100 вес. ч. эмали в вес. ч. Окислы Сумма + F
SiO2 ТЮ2 В2О, К2о Na2O
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Песок кварце- вый Двуокись тита- на Бура кристал- лическая Кремнефтори- стый натрий Борная кислота Селитра калие- вая 100,0 SiOa 100,0 ТЮа I 36,5 ВаО3 t 16,2 NaaO ( 60,0 F J 32,0 SiOa ( 33,0 NaaO 56,3 BaO3 46,6 KaO 44,72 19,00 47,83 8,33 2,65 8,80 98,52 SiOa 98,50 TiOa f 35,23 ВаО3 t 15,55 NaaO ( 56,00 F { 30,08 SiOa I 31,02 NaaO 56,00 BaO3 46,20 K2O 45,42 19,29 49,71 8,93 2,66 8,87 44,72 2,68 19,00 17,51 1,49 4,10 7,73 2,77 5,00
Вес шихты в вес. ч. Химический со- став эмали Т-1 в вес. % 131,33 134,88 47,40 19,00 19,00 4,10 10,50 100,00 5,00
Расчет потребного количества шихты на 100 вес. ч. эмали ведут по форме,
приведенной в таблице.
В графу 1 заносят материалы, которыми будут введены необходимые компо-
ненты эмали.
В графы 2 и 4 заносят теоретическое и полученное по результатам химического
анализа содержание компонентов, вводимое в эмаль 100 вес. ч. данного материала.
При наличии в составе эмали фтора расчет начинают с определения количества
компонентов, вводящих фтор.
В эмаль Т-1, приведенную в качестве примера, фтор может быть введен лишь
кремнефтористым натрием.
Составляют пропорцию: 60 вес. ч. F содержится в 100 вес. ч. Naa SiFe; 5 вес. ч.
F содержится в х вес. ч. Na2 SiFe; отсюда
х = 5= 8,33 вес. ч. Na2SiF6.
60
Полученный результат заносят в графу 3.
Далее рассчитывают, какое количество SiOa и Na2O введено кремнефтори-
стым натрием: 100 вес. ч. Na2SiFe содержат 32,0 вес. ч. SiO2; 8,33 вес. ч. Na2SiF6
содержат х вес. ч. SiOa; следовательно,
Х-8’3^ПП32,0=2'68 ВеС- Ч- Si°2-
1UU
100 вес ч. NaaSiFe содержат 33,0 вес. ч. Na2O; 8,33 вес. ч. Na2SiFe содер-
жат х вес. ч. Na2O; таким образом,
8,33-33,0 _
х —----jog— = 2,77 вес. ч. Na2O.
Полученные количества SiOa и Na2O вносят соответственно в графы 6 и 10.
Недостающее по составу количество SiO2 вес. ч. (47,40—2,68 = 44,72) вводится
кварцевым песком, a Na2O вес. ч. (10,50—2,77 = 7,73) — в виде буры.
Все дальнейшие расчеты производятся аналогично.
В графе 3 приведен теоретический состав шихты эмали, полученный при.
расчете на стопроцентные материалы. На основании данных граф 3 и 4 рассчи-
тывают производственный состав шихты, полученные значения заносят в графу 5.
Для упрощения расчета можно пользоваться шихтными множителями, при-
веденными в табл. 6 (стр. 11).
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Содержание воды (в мл) в 1 кГ эмалевого шликера в зависимости
от удельного веса шликера и удельного веса сухого остатка
Удельный вес сухого остатка ds Удельный вес эмалевого шликера dQ
1,55 1,56 1,57 1,58 1,59 1,60 1,61 1,62 1,63 1,64 1,65 1,66 1,67
2,3 372 365 357 351 344 336 329 323 316 309 303 297 290
2,4 392 385 377 371 364 357 351 344 338 331 325 318 312
2,5 408 402 395 388 381 375 369 362 356 350 344 337 331
2,6 423 417 410 403 397 391 384 378 372 365 360 354 348
2,7 436 430 423 417 411 405 399 393 386 381 374 369 363
3,0 468 462 456 449 444 438 432 426 421 415 409 404 398
3,5 504 498 492 486 481 475 469 464 459 454 448 444 438
4,0 527 522 516 511 506 500 495 490 485 480 475 470 465
4,5 544 538 534 529 524 518 514 508 504 498 494 489 484
5,0 556 551 546 541 536 531 526 521 517 512 508 503 498
470
Продолжение
Удельный вес сухого остатка ds Удельный вес эмалевого шликера da
1,68 1,69 1,70 1,71 1,72 1,73 1,74 1,75 1,76 1,77 1,78 1,79 1,80
2,3 284 278 271 265 259 253 247 242 236 230 225 219 214
2,4 306 300 294 288 282 276 271 265 260 255 249 243 238
2,5 325 319 313 308 302 297 291 286 280 275 269 264 259
2,6 342 337 331 325 320 314 309 304 299 293 287 282 277
2,7 358 352 346 340 335 330 324 319 314 309 304 299 294
3,0 393 388 383 377 372 367 362 357 353 348 343 338 333
3,5 433 428 424 419 414 409 405 400 396 391 387 382 378
4,0 460 456 452 447 442 438 434 429 425 420 416 412 408
4,5 480 475 471 466 462 457 453 449 445 441 436 432 429
5,0 494 489 486 481 477 473 468 464 460 456 452 448 444
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Расчет .некоторых физико-химических свойств эмали
Для расчета большинства свойств эмалей по составу применяют формулы
аддитивности, согласно которым данное свойство рассматривается как линейная
функция процентного содержания отдельных окислов. Общий вид формул:
X = piXi + Р2Х2 + р3х3 + . . . рпхп
для расчета теплоемкости С, теплопроводности %, коэффициента термического
расширения а, показателя преломления JV и т. д.;
100 = £l,£2,.P»i_________, Рп
X %! *" х2 х3 *" хп
для расчета плотности D.
В этих формулах pi, рч....рп—процентное содержание компонентов;
xi, Х2....хп — факторы для каждого компонента.
Факторы, выражающие долю участия каждого из компонентов, найдены
эмпирическим путем. При расчетах физико-химических свойств эмали по аддитив-
ным формулам состав эмали выражается в вес. % . Ниже в таблице приведены зна-
чения факторов наиболее распространенных компонентов эмали для расчета неко-
торых физико-химических свойств по аддитивным формулам.
471
Значения факторов для расчета физико-химических свойств эмали по аддитивным формулам
Компоненты Плотность Модуль упругости * Прочность Теплоемкость Q. J Q2 * * * 1 i Теплопровод- ность К- 103 *** Коэффициент тер- мического расши- рения (20—150° С) За-10? Поверхностное натяже- ние ***** Показатель преломле- ния *****
« ** не содер- жащие содержащие В2О8 и РЬО на растяже- ние * * о X о ге X
В2О8 PbO * ****
SiO2 2,3 2,25 70 70 70 0,09 1,23 0,170 0,0208 0,8 3,4 0,0147
ТЮ2 — — — — — — — — — 1,3 4,1 3,о 0,0200
ZrO2 — — — . — — — — — — .— 2,1 4,1
SnO2 — — — — — — — — — — 2,0 — —
А120з 4,1 2,75 180 150 130 0,05 1,00 0,195 0,0255 5,0 — 6,2 0,0150
B2O3 1,9 2,9 — 60 25 0,065 0,90 0,210 0,0361 0,1 — 0,8 0,0146
MgO 3,8 3,5 — 40 30 0,01 0,10 0,245 0,0319 0,1 — 6,6 0,0177
CaO 3,3 4,30 70 70 — 0,20 0,20 0,150 0,0277 5,0 — 4,8 0,0177
BaO 7,0 7,20 — 70 30 0,05 0,05 0,065 0,0075 3,0 — 3,7 0,0169
ZnO 5,9 5,90 52 100 — 0,15 0,60 0,105 0,0166 1,8 — 4,7 0,0168
PbO 9,6 10,00 46 — . 55 0,025 0,48 0,054 0,0127 3,0 4,2 1,2 0,0179
MnO — 4,65 — — — — — —- — — 2,2 4,5 —
K2O 2,8 3,20 40 70 30 ' 0,01 0,05 0,155 0,0138 8,5 — 0,1 0,0155
Na2O 2,6 3,25 61 100 70 0,02 0,02 0,255 0,0305 10,0 — 1,5 0,0159
Li2O — 3,70 — — — — — — — — — 4,6 —
p2o5 2,55 2,55 — — 70 0,075 0,76 — — 2,0 — — —
Продолжение
-473
Компоненты Плотность Модуль упругости * Прочность Теплоемкость С- 10s **♦ Теплопровод- ность X- 10’**• Коэффициент тер- мического расши- рения (20—150° С) за-10’ Поверхностное натяже- ние ***** Показатель преломле- ния *****
* * * не содер- жащие содержащие В2Оз и РЬО на растяже- ние * О> S СО *= о СО я
B2Oj РЬО « **♦♦
Sb2O3 3,00 — — — — — 0,120 0,0155 — — — —
Sb2O5 — — — — — — — — — — 2,5 — —
Fe2O3 — — — — — — — — — — 4,0 4,5 —
СоО — — — — — — — — — — 4,4 4,5 —
NiO — — — — — — — — — — 4,0 4,5 —
CuO — — — — — — — — — — 2,2 — —
, CaF2 — — — — — — — — — — 2,5 3,7 —
Na3AlFe — — — — — — — — — — 7,4 — —
NaF — — — — — — — — — — 7,4 — —
A1F3 — — — — — — — — — — 4,4 — —
Cr2O3 — — — — — — — — — — 5,1 — —
VA — •— — — — — — — — — .—. 6,1 —
* Значения факторов * * » » * * * > » ♦*** » » ***** поданным Винкельмана и Шотта [1, стр. 35, 38, 50; 3, стр. 2391. » » Штуккерта. [3, стр. 234 ]. » » Вильнера и Ильиной 11, стр. 45]. » » Мейера и Гаваса [1, стр. 50]. » » Дитцеля [1, стр. 67; 3, стр. 273].
Факторы Аппена, выведенные с учетом взаимодействия компонентов стекла
между собой, действительны при выражении состава в мол. %. Расчет свойств,
исключая плотность, производится по общей формуле:
g = ~s^—’
Zi ам. *
где Jy/.и. Ч~ ’ S—общее обозначение величин рассматриваемых свойств
стекла; ам_ ч — содержание в стекле каждого из компонентов, выраженное
в молярных частях (в числах молей); ав. ч — содержание в стекле каждого из
компонентов, выраженное в вес. ч. или вес. % ; — молекулярные веса компо-
нентов; gi — величины парциальных свойств компонентов (факторы).
Значения факторов некоторых компонентов (SiO2, TiOa, ВгО3, PbO, CdO)
являются переменными и зависят от состава стекла. Значения факторов приве-
дены в таблице.
Приближенно-усредненные числовые характеристики
парциальных свойств компонентов для расчета некоторых
физико-хнмических свойств стекол (по Аппену)
Компонент Показатель преломления JVj Средний линейный коэффициент рас- ширения ctf 10’ при температуре 20—400° С Пределы приложи- мости по содержа- нию компонентов в мол. %
SiO2 1,4585—1,475 5—38 45—100
TiO2 2,08—2,23 —15 до +30 0—25
ZrO2 — —60 0—15
SnO2 — —45 0—10
A12O3 1,520 —30 0—20
B2O3 1,460—1,710 —50 до 0 0—30
Sb2O3 2,55 75 0—5
MgO 1,610 60 0—25
CaO 1,730 130 0—25
SrO 1,770 160 0—30
BaO 1,880 200 0—40
ZnO 1,710 50 0—20
CdO 1,805—1,925 115 0—20
PbO 2,150—2,350 130—190 0—50
MnO — 105 0—25
FeO, FeOj.s — 55 0—20
CoO — 50 0—20
NiO — 50 0—15
CuO — 30 0—10
Li2O 1,695 270 0—30
Na2O 1,590 395 0—25
K2O 1,575 465 0—20
CaF2 — 180 0—15
Na2SiF6 — 340 0—8
Na3AlF6 — 480 0—8
p2o5 — 140 0—8
474
Факторы, зависящие от состава стекла, рассчитываются по следующим фор-
мулам:
Лю2 =M75-0,0°05(aSioa-67); aSio2-Ю7 = 38- 1,0 (aSiO2 - 67).
asiO2 выражается в мол. %, причем aSiO2 >67; если aSiO2 <67, то значе-
ния ASiO >i"aSjO условно принимаются постоянными и равными соответственно
1,475 и 38,0. _ 2
Величины о прежде всего зависят от молярного соотношения окислов
металлов и борного ангидрида, обозначаемого ф. В случае отсутствия в стекле
окиси алюминия ф определится как
ф = °МегО аМеО
авго,
где МегО и МеО — окислы LiaO, NaaO, КаО, CaO, SrO, BaO, CdO; наличие
в стекле окислов ВеО, MgO, ZnO, PbO во внимание не принимается. В присут-
ствии А1аО3
• _ аМе2О + аМеО ~ аА12О,
аВ2О,
В поправку входит все количество А1аО3, если стекло не содержит ZnO
и РЬО. При наличии последних в количествах, превышающих содержание А1аО3,
поправка совсем не вносится. Если же суммарные числа молей ZnO и РЬО меньше
числа молей А1аО3, то член Од12о2в формуле включает лишь избыток А1аО3.
После того как подсчитан коэффициент ф, величины вычисляются по форму-
лам, приведенным в таблице.
Содержание SiO2 в стекле в мол. % Численное значе- ние коэффициента Формулы для вычисления парциальных величии
44—64 ф> 4 4 > ф > 1 1>ф> 1/3 ф < 1/3 *В2О.= 1-710 АВ2Оз= 1,710 -0,048(4 -ф) ^в2о,= 1-470+ 0-048 (з-~ *в2о, = !-470
44—80 ф> 4 ф < 4 ав2о3 ‘ Ю7 = 50 “в2Оз107= 12-5 (4 — ф) — 50
Зависимости A'pbo и арьо от состава стекла выражаются следующими фор-
мулами:
Мрьо = 2>350~ 0,0067 (2аМето„-50); арьо’^7 = 130-f-5(aMe2o 3).
Зависимости Ат-0, и aTio от состава стекла выражаются следующими
формулами:
^Tio2 = 2>23 — 0,005(aSiO2 — 50); атю2 = 30 — 1,5 (aSiO2 — 50).
Здесь 80 > aSiOj > 50.
475
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Коэффициенты объемного расширения металлов и эмалей
[1, стр. 47]
Наименование материалов Коэффициент объемного расши- рения За*10’ град"1 Температурный интервал в градусах
Железо 426 0—500
Малоуглеродистая сталь 465 27—760
Титанистая сталь 410 27—760
Чугун 378—390 20—500
Алюминий 600—720 0—100
Медь 540 0—500
Серебро 600 0—100
Золото 450 0—100
Платина 270 0—100
Грунтовая эмаль для стали 240—300 0—100
Покровная эмаль для стали 280—360 0—100
Грунтовая эмаль для чугуна 290—320 0—100
Эмаль для алюминия 400—450 0—100
Эмаль для цветных и драгоценных металлов 400—450 0—100
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
Показатели преломления глушителей и красителей
некоторых стекол и эмалей [1, стр. 72; 3, стр. 291, 297]
Глушитель, краситель Показатель преломления Глушитель, краситель, стекло Показатель преломления
AsgO3 1,73 Fe2O3 3,08
Цинковая шпинель 1,90 CdS 2,7
SnO2 2,04 Sb2S3 2,09
Sb2O3 2,09 PbWO4 2,6
Арсенат свинца 2,14 PbCrO4 2,4
GeO2 2,33 Cu2O 2,8
ZnS 2,37 CaF2 1,43
ZrO2 2,40 Na3AlFe 1,364
TiO2 (анатаз) 2,52 NaF 1,33
TiO2 (рутил) 2,76 Оконное стекло 1,52
Свинцовое стекло 1,55
(25 вес. % РЬО)
Кварцевое стекло 1,4585
476
ПРИЛОЖЕНИЕ 8
Пигменты и иадглазурные керамические краски,
выпускаемые Дулевским красочным заводом [384]
Цвет № красок Ms пигментов
Красный Оранжевый Желтый Желто- зеленый Зеленый Салатовый Сине-зеленый Бирюзово- хромовый Изумрудно- зеленый Бирюзовый Голубой Синий Черный Коричневый «•» Серый Палевый Охра Гороховый Оливковый Сиреневый 6«с», 82, 92, 621, 622, 868, 1007, 1049, 107, 136, 146, 170, 174, 175, 145, 10—11, 62, 1009, 101, 300, 238, 1038 623, 624, 1055, 148, 1016, 625, 626, 1006, 177, 176 159, 160, 230, 252, 254, 993, 152, 154, 305, 162, 232, 253, 153, 936, 163, 159 102, 104, 112, 6, 13 НО, 449, 856, 857, 858, 860, 106, 135, 160, 163, 105, 26, 27, 28, 106, 279, 611, 854, 859, 121, 138, 139, 30, 53, 66, 109, 550, 711, 850, 164, 165, 404, 460, 464 131, 162, 184, 190, 191 124, 132, 424, 432, 555, 187 609, 901, 913, 861, 862, 116 119, 166, 167, 189 231, 240, 255, 256, 267, 268, 594, 595, 608, 610, 1030, 1059, 118, 126, 418, 426, 906, 907, 181, 195 102, 169, 807, 808, 111, 238, 239, 241, 942, 130, 183, 904, 905, 403 682, 685, 687, 688, 100, 108, 196, 684, 825, 828, 122, 683, 686, 689, 109, 400, 741, 182 39, 103, 638, 1021, 1022, 1062, 1064, 155, 156, 168, 198, 740 188, 210, 280, 822, 823, 125, 321, 327, 407, 91, 187, 211, 331, 134, 191, 192, 193, 235, 236, 129, 328, 816, 128, 157 24, 288, 295, 150, 23, 94, 287, 291, 143, 25, 95, 96, 289, 292, 293, 114, 144, 294 189, 190, 224, 234 104, 188, 105, 179 180, 340, 341, 161 876, 877, 161, 178 21 «к», 22<к» 1020, 1024, 170, 1049, 1038, 101 1055, 1016, 1006 134, 170, 933, 151, 232 22, 23, 25, 160, 134 230, 132 609, 901 166, 167, 480 111, 128, 240, 255, 268, 594 1066, 118, 119 231, 256, 169, 239, 904, 906, 31 683, 685, 688, 825, 828, 32, 109 39, 1063, 1064 47, 331, 48, 180, 182
477
Продолжение прилож. 8
Цвет Ns красок . № пигментов
Фиолетовый Розовый Белый Мастика под золото 194, 193 192, 4«к», 5, 46, 197 415, 416 3 3«а», 28
ПРИЛОЖЕНИЕ 9
Составы некоторых пигментов в вес. % [1, стр. НО]
Цвет пигмента СГ2О3 о ф ь о о О о с S А1гОз ZnO о о я Z СО Cd СО, ф (Л
Черный 47,0 23,6 20,6 8,8 — — — — — —
» 37,5 50,0 12,5 — — — — — — —
» 40,0 40,0 11,0 9,0 — — — — — —
Сине-зеленый 30,0 — 5,0 — 50,0 15,0 — — — —
Синий 18,0 — 36,0 — 46,0 — — — — —
Сине-зеленый тем- ный 39,0 — 16,7 — 37,7 6,6 — — — —
Светло-бирюзовый 25,0 — 30,0 — 45,0 — — — — —
Бирюзовый 64,0 — 36,0 — — — — — — —
» 36,0 — 18,0 — 46,0 — — — — —
Желто-зеленый — — — — — — 64,2 35,8 — —
Зеленый — — 8,0 — — 12,0 48,0 32,0 — —
Темно-зеленый 47,6 — 11,9 — — 28,6 — 11,9 — —
Коричневый 68,2 17,5 — — 14,3 — — — — —
Желто-коричневый 12,0 14,0 — — 10,0 64,0 — — — —
Темно-коричневый 6,5 46,7 — — — - 46,8 — — — —
Ярко-красный — — — — — — — 14,4 77,8 7,8
Оранжево-красный — — — — — — — 14,6 78,8 6,6
Красный — — — — — — — 14,1 76,3 9,6
478
ПРИЛОЖЕНИЕ 10
Характеристики 1 и обозначения сит [362]
по ГОСТу 6613-53 По немецкой системе По системе Бюро стандартов США
№ сетки (размер стороны ячейки в свету в мм) диаметр проволо- ки в мм число ячеек на 1 еле8 сетки № сита число отверстий на 1 смг меш (число отверстий на 1 линей- ный дюйм) прибли- зитель- ное число отверстий на 1 смг
1 0,35 54,9 6 36 18 49
09 0,35 64,0 — — — —
08 0,30 82,6 — — 20 64
07 0,30 98,0 8 64 25 81
063 0,25 ' 130 — — — —
06 0,25 139 10 100 30 121
056 0,25 160 11 121 — —
05 0,22 193 12 144 35 169
045 0,18 252 — — — —
042 0,15 308 14 196 40 225
04 0,15 331 16 256 — —
0355 0,15 400 — — 45 324
0315 0,14 494 20 400 50 400
028 0,14 567 — — — —
025 . 0,13 694 24 576 60 576
0224 0,13 763 — — — —
02 0,13 918 30 900 70 841
018 0,13> 1 040 — — 80 1 156
016 < 0,12 1 480 — — — —
015 0,10 1 600 40 1 600 100 1 600
014 0,09 1 890 — — — —
0125 0,09 2 130 50 2 500 120 2 209
0112 0,08 2 630 — — — —
0105 0,075 3 140 — — 140 3 136
01 0,07 3 460 60 3 600 — —
009 0,07 3 900 70 4 900 170 4 356
0085 0,065 5 100 — — — —
0075 0,055 5 476 80 6 400 200 6 241
0071 0,055 6 400 — — — —
0063 0,045 8 270 90 8 100 230 8 649
006 0,04 10 000 100 10 000 — —
0056 0,04 10 085 — — 270 11 236
005 0,035 13 900 — — — —
0045 0,035 15 000 — — 325 15 625
004 0,03 20 450 — — — —
х Характеристики сит сопоставлены по размеру стороны ячейки. Например,
сторону ячейки, равную 0,5 мм. имеют сита 05 (по ГОСТу), 12 (по немецкой системе)
и 35 меш (по системе США).
479
ПРИЛОЖЕНИЕ 11
Определение толщины слоя эмали (в мм) по весу покрытия
Вес по- крытия в г/дм* Плотность эмали
2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
.1,0 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,03 о.ог 0,03 0,02 0,02
2,0 0,09 0,08 0,08 0,08 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,04
3,0 0,13 0,13 0,12 0,12 0,11 0,10 0,09 0,08 0,07 0,06
4,0 0,17 0,17 0,16 0,15 0,15 0,13 0,11 0,10 0,09 0,08
5,0 0,22 0,21 0,20 0,19 0,19 0,17 0,14 0,13 0,11 0,10
6,0 0,26 0,25 0,24 0,23 0,22 0,20 0,17 0,15 0,13 0,12
7,0 0,30 0,29 0,28 0,27 0,26 0,23 0,20 0,18 0,16 0,14
8,0 0,35 0,33 0,32 0,31 0,30 0,27 0,23 0,20 0,18 0,16
9,0 0,39 0,38 0,36 0,35 0,33 0,30 0,26 0,23 0,20 0,18
10,0 0,44 0,42 0,40 0,39 0,37 0,33 0,29 0,25 0,22 0,20
п,о 0,48 0,46 0,44 0,42 0,41 0,37 0,31 0,28 0,24 0,22
12,0 0,52 0,50 0,48 0,46 0,45 0,40 0,34 0,30 0,27 0,24
13,0 0,57 0,54 0,52 0,50 0,48 0,43 0,37 0,33 0,29 0,26
14,0 0,61 0,58 0,56 0,54 0,52 0,47 0,40 0,35 0,31 0,28
15,0 0,65 0,63 0,60 0,58 0,56 0,50 0,43 0,38 0,33 0,30
16,0 0,70 0,67 0,64 0,62 0,59 0,53 0,46 0,40 0,36 0,32
17,0 0,74 0,71 0,68 0,65 0,63 0,57 0,49 0,43 0,38 0,34
18,0 0,78 0,75 0,72 0,69 0,67 0,60 0,51 0,45 0,40 0,36
19,0 0,83 0,79 0,76 0,73 0,70 0,63 0,54 0,48 0,42 0,38
20,0 0,87 0,83 0,80 0,77 0,74 0,67 0,57 0,50 0,44 0,40
22,0 0,96 0,92 0,88 0,85 0,81 0,73 0,63 0,55 0,49 0,44
24,0 1,04 1,00 0,96 0,92 0,89 0,80 0,69 0,60 0,53 0,48
26,0 1,13 1,08 1,04 1,00 0,96 0,87 0,74 0,65 0,58 0,52
28,0 1,22 1,17 1,12 1,08 1,04 0,93 0,80 0,70 0,62 0,56
30,0 1,30 1,25 1,20 1,15 1,11 1,00 0,86 0,75 0,67 0,60
32,0 1,39 1,33 1,28 1,23 1,19 1,07 0,91 0,80 0,71 0,64
34,0 1,48 1,42 1,36 1,31 1,26 1,13 0,97 0,85 0,76 0,68
36,0 1,56 1,50 1,44 1,38 1,33 1,20 1,03 0,90 0,80 0,72
38,О' 1,65 1,58 1,52 1,46 1.41 1,27 1,09 0,95 0,84 0,76
40,0 1,74 1,67 1,60 1,54 1,48 1,33 1,14 1,00 0,89 0,80
480
ЛИТЕРАТУРА
1. В ар гии В. В. и др. Технология эмали и эмалирования метал-
лов. М., Стройиздат, 1965.
2. Китайгородский И. И. и др. Технология стекла. М., Строй-
издат, 1967.
3. Петцольд А. Эмаль. Пер. с ием. М., Металлургиздат, 1958.
4. Б еляев Г. И. В сб. «Малоборные эмали». Кишинев, изд-во «Карти
Молдавеняскэ», 1968, с. 95—105.
5. Л о к ш и н В. Я., Чечина А. Ф. В сб. «Эмаль и эмалирование
металлов». ЛЦБТИ, 1967, с. 101—105.
6. Б е л я е в Г. И., Б л е х С. И. — «Стекло и керамика», 1963, № 4,
с. 26—27.
7. Хизанишвили И. Г., Гаприндашвили Г. Г., Г в е р д-
цители Г. С. В сб. «Неорганические стекловидные покрытия и материалы».
Рига, изд-во «Зинатне», 1969, с. 451—456.
8. Ошурков Е. М., Смирнов Н. С., А н т о и о в а С. Н. В сб.
«Эмаль и эмалирование металлов». ЛЦБТИ, 1967, с. 105—НО.
9. Гольдберг Д. Н., Паукш П. Г., Федорова В. И., Мац-
кевич Ф. А. Там же, с. 116—118.
10. Ивахии С. И., Слюсаревский П. П., Г б р б у н о в а Г. И.,
К о р с у и Л. В. В сб. «Неорганические стекловидные покрытия и материалы».
Рига, изд-во «Зииатие», 1969, с. 469—475.
11; Ильевяч А. П. Машины и оборудование для заводов по производ-
ству керамики и огнеупоров. М., изд-во «Машиностроение», 1968.
12. В е й н б е р г К- Л. и др. Оборудование и механизация стекольных
заводов М., Ростехиздат, 1962.
13. Карабин А. И. и др. Сжигание жидкого топлива в промышленных
установках. М., изд-во «Металлургия», 1966.
14. Г л о з ш т е й и Я. С. и др. Использование газа в промышленных печах.
М., изд-во «Недра», 1967.
15. Т е б е н ь к о в Б. П. Рекуператоры для промышленных печей. М.,
изд-во «Металлургия», 1967.
16. Andrews A. I. Porcelain Enamels, Illinois, Garrard Press, 1961.
17. С e м и p e ж к о П. С. — Труды Гипросантехпрома, 1968, № 7.
18. Мелик-Ахназаряи А. Ф. и др. — «Стекло и керамика», 1968,
№ 7.
19. Franz Н., Scholze Н. — «Glastechn. Berichte», S. 347—356, 1963.
20. S с h о 1 z е H.—«J. Amer. Ceram. Soc.», p. 473, 1966.
21. E v e r s t e i n F. E., Stevels J. M., Waterman H. I. — «Physics
and Chemistry of Glasses», № 4, p. 123—133, 1960.
22. X о л о д и л и н Н. Н. Эмалирование стальных и чугунных изделий.
М., Госстройиздат, 1962.
23. М а г k е г R. Emailliertechnik, Leipzig, Fachbuchverlag, 1956.
24. В а р г и и В. В., М и'ш ель В. Э. — Труды ЛТИ им. Ленсовета. Л.,
Госхимйздат, вып. 52, 1961, с. 56.
25. К у к о л е в Г. В., П и в е и ь И. Я-, Заика Р. Г. и др. — «Огне-
упоры», 1968, Ns 8, с. 1—4.
31 в.в. Варгин 481
26. К у к о л е в Г. В., Пивень И. Я-, Мартынова В. М.—
«Огнеупоры», 1967, № 11, с. 41—46.
27. Л и в ш и ц М. Н., И г н а т о в и ч И. И. Новая технология изготов-
ления шихтовых материалов и стекловидных эмалей. М., Госстройиздат, 1964.
28. Б у д н и к о в П. П., Булавин И. А., Выдр и к Г. А. и др.
Новая керамика. М., Госстройиздат, 1969, с. 67.
29. К у к о л е в Г. В. Химия кремния и физическая химия силикатов.
М., изд-во «Высшая школа», 1966, с. 239.
30. Реология. Под ред. Ф. Э й р и х а. Пер. с англ. М., Изд-во иностр,
лит., 1962.
31. Гончаров С. И., С а х о н е н к о А. В. — Труды НПИ им. Орджо-
никидзе. Т. 174, 1967, с. 100—107.
32. С а х о н е н к о А. В. — Там же. Т. 190, 1969, с. 126—131.
33. О б о р и н В. А., Меленин Е. Д. Производство эмалированных
изделий в Чехословацкой Республике и Германской Демократической Респу-
блике. Информация ЦИИ МЧМ. М., Металлургиздат, 1957.
34. А з а р о в К. П., Горбатенко В. Е. — Труды НПИ нм. Орджо-
никидзе. 1958, с. 206—209.
35. Гончаров С. И.,Сахоненко А. В. — Труды НПИ им. Орджо-
никидзе. Т. 194, 1969.
36. М е t t k е Р. — «Keram. Zeitschr»., 21, № 12, S. 798—799, 1969.
37. Ott R. Е. —«J. Canad. Ceram. Soc.», 34, p. 34—38, 1965.
38. К а м и н с к и й M. А. В сб. «Эмаль и эмалирование металлов».
ЛЦБТИ, 1967, с. 188—196.
39. С о б о л ь Г. П. •— «Стекло и керамика», 1963, № 6, с. 26—30.
40. D i е t z е 1 А. — «Mitt. Vereins dtsch. Emailfachl»., 9, № 5, S. 42, 1961.
41. К e m p H. T., S t a 11 e r T. L., M u e 1 1 e r E. E. — Там же, 14,
№ 5, S. 45—50, 1966; «Ceram. Age», 81, № 3, p. 42—47, 1965.
42. К у r i H. — «Mitt. Vereins dtsch. Emailfachl»., 11, № 1, S. 1—4, 1963.
43. Petzold A., Wandlowski U., Cuppers S.—«Mitt. Ve-
reins dtsch. Emailfachl»., 9, № 6, S. 55—58, 1961.
44. Баринов Ю. Д., Б e л я e в Г. И. В сб. «Эмаль и эмалирование ме-
таллов». ЛЦБТИ, 1967, с. 244—249.
45. М а г k е г R. — «Sprechsaal», 95, № 11, S. 317—326, 1962.
46. П е д а н Г. П., С а в и н Л. С. В сб. «Эмаль и эмалирование металлов».
ЛЦБТИ, 1967, с. 249—256.
47. Патент США, кл. 117—129, № 3278332, 11.10.1966.
48. W е i m е г G. — «Glas-Email-Keramo-Techhik», 11, № 4, S. 119—120,
1960.
49. Б о б к о в Л. С., Кормышева В. П.—«Стекло и керамика»,
1966, № 8, с. 20—22.
50. Weimer G. — «Glas-Email-Keramo-Technik», 17, № 10 S. 390—393,
1966.
51. Marker R.—«Sprechsaal», 96, № 9, S. 206—208, 1963.
52. «Metal. Prod. Manufact»., 20, № 6, p. 637—639, 677, 686, 1963.
53. X у д я к А. К- В сб. «Механизация и автоматизация эмалирования».
Новочеркасск, НПИ им. Орджоникидзе, 1965, с. 86—90.
54. Локшин В. Я- Технология эмалирования металлических изделий.
М., Росгизместпром, 1955.
55. С а в ч е н к о В. И. Технология эмалирования и оборудование эмали-
ровочных цехов. Харьков, Металлургиздат, 1961.
56. Ю к а л о в И. Н. Стали и чугуны для эмалирования. М., Металлург-
издат, 1961.
57. Литвинова Е. И. Металл для эмалирования. М., изд-во «Метал-
лургия», 1964.
58. Э л е р Г. Листовой металл и его испытание. М., Машгиз, 1958.
59. Айзенкольб Ф. Листовая сталь для глубокой вытяжки. М., Ме-
таллургиздат, 1958.
60. П е р м и н о в А. А., Попел ь С. И., Смирнов Н. С. В сб.
«Поверхностные явления в металлах и сплавах и их роль в процессах порошковой
482
металлургии». Киев, изд-во АН УССР, 1961, с. 105—110; ЖПХ, т. 35, 1962, № 2,
с. 271—275.
61. Алексеенко М. П. Когезия и адгезия горячего стекла. М., изд-во
«Машиностроение», 1969.
62. С м и р н о в Н. С. В сб. «Эмаль и эмалирование металлов». ЛЦБТИ,
1963, с. 45—52.
63. Перминов А. А., П о п е л ь С. И., С м и р н о в Н. С. В сб. «Эмаль
и эмалирование металлов». ЛЦБТИ, 1963, с. 39—45.
64. С м и р н о в Н. С. В сб. «Защитные покрытия металлов». М., изд-во
«Металлургия», 1968, с. 63—72.
65. С м и р н о в Н. С. Труды 3-го Международного конгресса по коррозии
металлов. Т. III. М., изд-во «Мир», 1968, с. 169—177.
66. С м и р н о в Н. С. В сб. «Борьба с коррозией в химической и нефтепе-
рерабатывающей промышленности» (Неметаллические материалы). М., изд-во
«Машиностроение», 1968, с. 3—13.
67. Турсунов А. В., Подгайский М. С. — «Стекло и керамика»,
1966, № 2, с. 32—33.
« 68. Кубашевский А., Гопкинс Б. Окисление металлов и спла-
вов. М., изд-во «Металлургия», 1965.
69. X а у ф ф е К- Реакции в твердых телах и на их поверхности. Ч. II.
М., Изд-во иностр, лит., 1963.
70. Ж У к о в а В. П., Смирнов Н. С. — «Металловедение и термиче-
ская обработка», 1962, № 2, с. 45—46.
71. Blanchard М. — «Bull. Techn. Inst. Email Vitrif»., 15, 37, p. 26—30,
1966.
72. Walker B., Campbell J. — «Inst. Vitreous Enamel. Bull»., 18,
№ 12, p. 89—99, 1967.
73. Захарова В. П., Зыбина E. Ю., Светлов В. А. и др. В сб.
«Защитные покрытия металлов» (Труды УралНИИЧМ, т. 7). Свердловск, изд-во
«Металлургия», 1968, с. 54—58.
74. Беляев Г. И., Баринов Ю. Д., Белый Я- И. н др. В сб. «Мало-
борные эмали». Кишинев, изд-во «Картя Молдовеняскэ», 1968, с. ГЗЗ—139.
75. Г е л ь д П. В., Р я б о в Р. А. В сб. «Физико-химические основы про-
изводства стали». М., Металлургиздат, 1961.
76. Хорстман Д. — «Черные металлы», 1961, 10, 3.
. 77. Л и т в и н о в а Е. И. В сб. «Эмалирование металлов». Киев, Гостех-
издат УССР, 1962, с. 54—58.
78. Сое F. R., М or е t о n I. — «J. Iron and Steel Inst.», 204, 4, p. 366 —
370, 1966.
79. Л и т в и н о в а Е. И. В сб. «Эмаль и процессы эмалирования». Киев,
Машгиз, 1961, с. 63—71; Изв. вузов (Черная металлургия), 1963, № 3,
с. 163—170.
80. В а р г и н В. В., Певзнер Б. 3. Эмалирование металлов в СССР
и за рубежом. М., ЦИНТИАМ, 1964.
81. А н т о н о в а Е. А. В сб. «Эмаль и процессы эмалирования». Киев,
Машгиз, 1961, с. 106—112.
82. V е г m a S. S. — «Trans. Indian Ceram. Soc»., 26, № 2 p. 61—69, 1962.
83. Parker С. M., Pierce F. R. — «Mater. Design. Engng», 60, 7, 1964.
84. W e i m e r G. Emailfehler. Hamburg, Verlag Brunke Garrels, 1960.
85. Справочник сопоставимых норм. Ч. 1. М., Внешторгиздат, 1959.
86. Эмалированная аппаратура. Каталог-справочник. М., изд-во ЦИНТИхим-
нефтемаш, 1967.
87.. Л и т в и н е н к о Д. А. Холоднокатаная нестареющая сталь. М., изд-во
«Металлургия», 1968.
88. Комсток Дж. Ф. Титан в чугуне и стали. М., Изд-во иностр, лит.,
89. Kyri Н. — «Umschau», 63, № 5, S. 152, 1963.
90. Б е л я е в Г. И., Пономарчук С. М...-М а т в и е н к о В. Н.
В сб. «Эмаль и эмалирование металлов». ЛЦБТИ, 1967, с. 154—162. ’
91. Гу др е м о н Э. Специальные стали. Т. II. М., Металлургиздат, 1960.
31* 483
92. К о p c h а к М. S. — «Metal Progress», 87, № 3, р. 109—118, 1965.
93. Н а х а б и н В. В., Мараховскнй И. С., Б а р з и й В. К.
В сб. «Эмаль н эмалирование металлов». Л., ЛЦБТИ, 1967, с. 162—167.
94. Нисида Токухико, Танино Мицуру. —«J. Japan
Inst. Metals», 29, № 7, р. 728—734, 1965.
95. Францевич И. Н., Войтович Р. Ф., Лавренко В. А.
Высокотемпературное окисление металлов и сплавов. Киев, Гостехиздат УССР,
1963.
96. 3 в е р е в С. Т., Ш к о л я р П. С., К р и в о р у ч к о Е. К- В сб.
«Научно-техническое совещание по эмали и эмалированию металлов». (Краткие
сообщения.) ЛТИ им. Ленсовета, 1968, с. 23.
97. С а н д л е р Н. И., Добрускина Ш. Р., Ахмечет Ж- Н.
В сб. «Защитные эмалевые покрытия». Киев, УкрНИИНТИ, 1966, с. 4—5.
98. Аннотации научно-исследовательских работ в области эмалирования
металлов. Киев, УкрНИИНТИ, 1966, с. 25—26.
99. П о д г а й с к и й М. С., У м а н с к а я Г. Д. В сб. «Основные напра-
вления конструирования и технологии изготовления аппаратуры с химически
устойчивыми и жаропрочными покрытиями». Вып. 3. Киев, УкрНИИНТИ,
1970, с. 11—15.
100. Dorker G. — «J. Amer. Ceram. Soc.», 44, № 8, p. 375—381, 1961.
101. Ch m el a J., Cinal V. Патент ЧССР, № 116737, 1965.
102. Перминов А. А., Светлов В. А., Хабибулин Г. Веб.
«Научно-техническое совещание по эмали и эмалированию металлов». (Краткие
сообщения.) ЛТИ им. Ленсовета, 1968, с. 32—33.
103. Свирский Л. Д., С а л г а н и к Л. Л. В сб. «Эмаль и эмалирова-
ние металлов». ЛЦБТИ, 1963, с. 60—67.
104. Подгайский М. С., Уманская Г. Д. Веб. «Научно-техниче-
ское совещание по эмали и эмалированию металлов». (Краткие сообщения.)
ЛТИ им. Ленсовета, 1968, с. 24—25.
105. В 1 i с k w е d е D. J. — «J. Metals», 13, Ns 8, р. 548—554, 1961; «Ргос.
Pore. Enamel Jnst. Forum», 22, р. 15—18, 1961.
106. Myers R. L.—«J. Canad. Ceram. Soc», 30. p. 30—33, 1961.
107. Clay D. В. Там же, 31, p. 13—18, 1962; 33, p. 40—44, 1964.
108. Hudson R. O.—«J. Austral Inst. Metals», 9, № 2, p. 125—132,
1964.
109. Lang K. — ««Mitt. Vereins dtsch. Emailfachl.», 10, Ns 9, S. 101, 1962.
110. Hauston J. G.—«Internet. Enamelist», 13, 3, p. 17, 1963.
111. Schluter H., Grimm R. — «Mitt. Vereins dtsch. Emailfachl.», 8,
№ 11, S. 81—86, 1960.
112. Патент США, Ns 3193417, 1965.
113. «Metals», 2, 16, p. 54—55, 1967; «Sheet Metal Inds», 44, 485, p. 609—610,
1967.
114. Ryder S. E. A. — «Ins*t. Vitreous Enamel. Bull»., 13, Ns 8, p. 64—65,
1962.
115. Зубцов M. E. Листовая штамповка. Л., Машгиз, 1958.
116. А ф а н а с ь е в П. М. В сб. «Механизация и автоматизация эмалиро-
вания». Новочеркасск, НПИ им. Орджоникидзе, 1967.
117. Смирнов Н. С..Простаков М. Е. Очистка поверхности стали.
М„ изд-во «Металлургия», 1965.
118. К 1 а г к у Т. J., К i г с h е г С. Е. — «Metal Progress», 77, Ns 4, р. 87—
92; 77, Ns 5, р. 93—96, 1960.
119. Spencer L. F.—«Metal Finishing», 6, p. 53—58, 1960.
120. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. М.,
Изд-во иностр, лит. 1967.
121. Г и н б е р г А. М. Ультразвук в химических и электрохимических
процессах машиностроения. М., Машгиз, 1962.
122. Д е м ч у к И. С. Ультразвуковая интенсификация технологических
процессов. М., Машгиз, 1966.
123. Коробка Б. А., Овчинникова В. И., Смирнов Н. С.
и др. -г «Сталь», 1964, Ns 12, с. 1127—1128.
484
124. Смирнов Н. С. и др. Обмен опытом производства стальной эмали-
рованной посуды. М„ ГОСИНТИ, 1959.•
125. Л ок шин В. Я- Пороки эмалированных изделий и способы их устра-
нения. М., изд-во «Металлургия», 1964.
126. Зайцев А. А., Могил ьченко В. С. — «Стекло и керамика»,
1966, Ns 9, с. 16—18.
127. Смирнов Н. С., 3 а х а р о в а В. П. В сб. «Эмаль и эмалирование
металлов». ЛЦБТИ, 1967, с. 73—77.
128. Захарова В. П., Смирнов Н. С. — «Металловедение и терми-
ческая обработка металлов», 1968, № 12, с. 2—7.
129. Э с т р и н Б. М. Производство и применение контролируемых атмо-
сфер. М., Металлургиздат, 1963.
130. Файнштейн В. М. — Бюллетень ЦНИИЧМИ, 1966, 6(530).
131. «Chem. Engng News», 47, № 9. р. 38—39, 1969.
132. «Chem. Engng», 73, № 18, р. 32—33, 1966.
133. Douglas J. — «Iron Steel Engng», 44, № 1, p. 87—94, 1967.
134. Buckley J. A.—«Chem. Engng», 74, № 1, p. 56—58, 1967.
135. В о г g о 11 e T. — «Blech», 14, № 2, S. 24—66, 1967.
136. Файнштейн В. M. — «Сталь», 1969, № 6.
137. Н о f t е 1 М., R е i с h е 1 W. М. — «Corrosion», 16, № 4, р. 88, 1960.
138. Савин Л. С..Баринов Ю. Д., Овчинникова В. В. и др. —
«Защита металлов», 1967, № 3, с. 343—346; в сб. «Неорганические стекловидные
покрытия и материалы». Рига, изд-во «Зинатне», 1969, с. 293—297.
139. Савин Л. С. Автореф. канд. дисс. ДХТИ им. Дзержинского.
Днепропетровск, 1968.
140. С а в и н Л. С., Б а р и н о в Ю. Д., О в ч и н н и к о в а В. В. и
др.—«Защита металлов», 1967, № 1, с. 116—118.
141. Литвинова Е. И., Иванова В. А. — ЖПХ, 1966, с. 2273;
1969, с. 1306—1310; в сб. «Эмаль и эмалирование металлов». ЛЦБТИ, 1967,
с. 147—154.
142. Литвинова Е. И., Степанов Ю. В. — «Защита металлов»,
1970, № 1, с. 100—103. .
143. Балезин С. А., Курбанов Ф. К.,П одобае в Н. И. Там же,
1965, № 3, с. 337—340.
144. Глейзер М. М., Жук Н. П., Студников С. Л. Там же,
1967, № 4, с. 426—432.
145. А ф а н а с ь е в А. С., Б е л я е в а Л. А. В сб. «Травление и обезжи-
ривание труб из сталей.и сплавов». М., изд-во «Металлургия», 1967, с. 55—58.
146. Серебрякова М. В. Веб. «Эмаль и эмалирование металлов».
ЛЦБТИ, 1967, с. 137—140.
147. «Internal. Enamelist», 18, № 3, р. 2—5, 1968.
148. St al ter T.—«Bull Internet. Inst. Email Vitrif.», 11, p. 31, 1962.
149. Delangre M. M., Murdoch A. W., YettenM. W. — «Inst.
Vitreous Enamel Bull.», 13, № 5, p. 33—39, 1962.
150. A x м e ч e т Ж. H. В сб. «Эмалирование металлов». Киев. Гостехиздат
УССР, 1962, с. 58—63.
151. Флигельман Ф. М. В сб. «Научно-техническое совещание по
эмали и эмалированию металлов». (Краткие сообщения.) ЛТИ им. Ленсовета,
1968, с. 20.
152. Б а р т л Д., М у р д о х О. Технология химической и электрохими-
ческой обработки поверхностей металлов. М., Машгиз, 1961.
153. Раулин В. П., Дружевская М. Н., Макашов Б. А.
и др. — Труды Гипросантехпрома. Вып. 1. Л., 1965, с. 50—64.
154. Holman С. — «Prod. Finishing», 19, № 9, р. 70—71, 1966.
155. Thalheim J. — «Fertigungstechnik», 17, № 2, S. 110—112, 1967.
156. Балезин С. А., Родионова В. Н., Булавина Н. И.
и др. В сб. «Травление и обезжиривание труб из сталей и сплавов». М., изд-во
«Металлургия», 1967, с. 134—137.
' 157. С в и р с к и й Л. Д., П р а с о л Л. И., С в и р с к а я Ю. Л. и др.
В_сб. «Эмаль и эмалирование металлов». ЛЦБТИ, 1963, с. 206—208.
485
158. Свирский Л. Д., С в и р с к а я Ю. Л. В сб. «Защитные эмалевые
покрытия». Киев, УкрНИИНТИ, 1966, с. 21—23.
159. Marker R.— «Sprechsaal», 94, 9, 1961.
160. Rohm А.—«Haustechn. Vortragsveroff»., 174, S. 14—25, 1968.
161. BenninghoH H.—«Maschinenmarkt», 75, 71, S. 1589—1591,
1969.
162. «Iron Age», 4, 3, 17, 1965.
163. Cr ep az E., Raccanelli A., Ramous E., Cera les M. —
«Sprechsaal», 101, № 19, S. 833—843, 1968.
164. Blondel A.—«Fonderie», 271, p. 433—440, 1968.
165. Whitaker J. K-—«Prod. Finishing», 13, № 9, p. 81—87, 1960.
166. Allen A. C. — «Ceram Ind.», 92, 6, p. 62—64, 1969.
167. «Metal Prod. Manufact.», 25, № 9, p. 56—59, 1968.
168. «Sheet Metal Inds», 45, 497, p. 659—664, 1968.
169. Ошурков E. M., Смирнов H. С., А и т о н о в а С. Н. В сб.
«Эмаль и эмалирование металлов». ЛЦБТИ, 1967, с. 105—110.
170. Смирнов-В. И., Цейдлер А. А., Худяков И. Ф. и др.
Металлургия меди, никеля и кобальта. Ч. II. М., изд-во «Металлургия», 1966.
171. П е р м и н о в А. А., П о п е л ь С. И. — ЖПХ, 1968, № 7, с. 1457—
1462.
172. Б а р и н о в Ю. Д. и др. Стеклоэмалевые покрытия на основе борсо-
держащего сырья. Киев, УкрНИИНТИ, 1967.
173. Варгин В. В., Попова Л. Б. Веб. «Неорганические стекло-
видные покрытия и материалы». Рига, изд-во «Зинатне», 1969, с. 303—307.
174. Weber Н. — «Metalloberflache», № 12, S. 368—371, 1967.
175. Варгин В. В., П е в з н е р Б. 3. Новое в эмалировании металлов.
М., НИИмаш, 1965.
176. Гончаров С. И., С а х о н е н к о А. В. В сб. «Автоматизация
химических производств и процессов эмалирования». Новочеркасск, НПИ им.
Орджоникидзе, 1965.
177. Г о н ч а р о в С. И., X у д я к А. К- В сб. «Научно-техническое сове-
щание по эмали и эмалированию металлов». (Краткие сообщения.) ЛТП им.
Ленсовета, 1968.
178. Азаров К. П., Гончаров С. И. — Труды НПИ им. .Орджо-
никидзе, т. 154. Новочеркасск, 1963.
179- Азаров К- П., Гончаров С. И. В сб. «Эмаль и эмалирование
металлов». ЛЦБТИ, 1963, с.173—184.
180. Гончаров С. И. В сб. «Механизация и автоматизация эмалирова-
ния». Новочеркасск, НПИ им. Орджоникидзе, 1965, с. 46—62; 1967, с. 3—13,
40—46.
181. П а р ш и н Н. Д., Гончаров С. И. Там же, с. 63—73.
182. Гончаров С. И., X у д я к А. К- Там же, с. 74—85.
183. Гончаров С. И. В сб. «Эмаль и эмалирование металлов».
ЛЦБТИ, 1967, с.' 169—182.
184. Гончаров С. И., П а р ш и н Н. Д. Там же, с. 183—188.
185. Оборин В. А., М и л ю к о в Л. П. В сб. «Механизация и автомати-
зация эмалирования». Новочеркасск, НПИ им. Орджоникидзе, 1965, с. .18—19.
186. Ж а д а н о в С. К- Веб. «Эмаль и эмалирование металлов». ЛЦБТИ,
1963, с. 184—186.
187. Патент ГДР, № 19593.
188. «Industriekurier Techn. u. Forsch.», 15, № 14, S. 187, 1962.
189. Гончаров С. И., П a p ш и н Н. Д., X у д я к А. К- В сб. «Меха-
низация и автоматизация эмалирования». Новочеркасск, НПИ им. Орджоникидзе,
1965 с. 27__35.
190. Певзнер Б. 3., Божутин В. В. Авт. свид. СССР, № 134095. —
«Бюллетень изобретений», 1960, № 23.
191. Певзнер Б. 3., Михайлов В. П. Авт. свид. СССР, № 129912. —
«Бюллетень изобретений», 1960, № 13.
192. Певзнер Б. 3., Божутин В. В. Авт. свид. СССР, № 130311. —
«Бюллетень изобретений, 1960, № 14.
486
193. Гончаров С. И., X у д я к А. К- В сб. «Механизация и автомати-
зация эмалирования». Новочеркасск, НПИ им. Орджоникидзе, 1965, с. 40—45.
194. Плановский П. Н., Ромм В. М., Каган С. 3. Процессы
и аппараты химической технологии. М., изд-во «Химия», 1968.
195. Перевод вертикального конвейерного сушила на газовый радиационный
обогрев. Информационное письмо № 4 (91), Институт газа АН УССР. Киев,
1966.
196. Зуев В. Г. В сб. «Механизация и автоматизация эмалирования».
Новочеркасск, НПИ им. Орджоникидзе, 1965.
197. Engler Р.Н. — «Mitt. Vereins dtsch. Emailfachl.», 15, № 2, S. 15—20;
№ 3, S. 25—31; № 10, S. 81—86, 1967.
198. M о e h r i n g H. Там же, № 12, S. 105—108, 1963.
199. Dams H. С. M. — «Glas-Email-Keramo-Technik», 14, № 10, S. 378—380,
1963.
200. E n g 1 e r P. H. Там же, 20, № 1, S. 1—7, 1969.
201. Marker R. Там же, 17, № 10, S. 385—389, 1966.
202. Pfeiffer H. — «Mitt. Vereins dtsch. Emailfachl»., 11, № 12, S. 101 —
105, 1963.
203. Wiegand H. — «Glas-Email-Keramo-Technik», 14, № 10, S. 381—
388, 1963.
204. Schwiedessen H. — «Mitt. Vereins dtsch. Emailfachl.», 14, № 10,
S. 101 — 108, 1966.
205. Strauch A. — «Metalloberflache», 23, № 6, S. 179—182, 1969.
206. Казаков Ю. К., Гончаров С. И. Веб. «Механизация и авто-
матизация эмалирования». Новочеркасск, НПИ им. Орджоникидзе, 1967.
207. Коган М. Г. Применение ультразвуковой очистки в машиностроении.
М„ ЦИТЭИ, 1960, вып., 5.
208. Беляев П. П., Никитин Б. А. Защита материалов от коррозии.
М„ ЦИТЭИ, вып. 2, 1960, с. 5—13.
209. Rice С. — «Industr. Heat», 30, р. 906, 1963.
210. Патент США, № 3115415.
211. Sheeldon R. S. — «Proc. Pore. Enamel Inst. Forum», 22, р. 124—
129, 1961.
212. Marker R. — «Sprechsaal», 93, № 3, S. 43—44; № 4, S. 65—69;
№ 6, S. 107—108; № 7, S. 128—129; № 9, S. 208—211, 1960.
213. Матвеев M. A., X о д с к и й Л. Г., С т е ф а и ю к И. В. В сб.
«Неорганические стекловидные покрытия и материалы». Рига, изд-во «Зинатне»,
1969.
214. С г i t с h В. D. — «Vitreous Enameller», 21, № 1, р^ Ю—16, 1970.
215. Williams G. H. — «J. Canad. Ceram. Soc»., 32, p. 13—16, 1963.
216. Rice J. H.—«Ceram. Ind.». 74, № 3, p. 70—71, 1960.
217. «Metal Prod. Manufact.», 25, № 4, p. 66—69, 1968.
218. «Internal. Enamelist», 17, № 3, p. 15—17, 1967.
219. RenfordtU. — «Mitt. Vereins dtsch. Emailfachl.», 17, № 12, S.
75—81, 1969.
220. De Backer А. Там же, 17, № 4, S. 23—27, 1969.
221. «Industr. Finish.», 20, № 236, p. 32—34, 1968.
222. Allen A. C. — «Ceram Ind.», 90, № 6, p. 45—47, 1968.
223. Bryant E. E. — «Internal. Enamelist», 17, № 1, p. 10—11, 1967.
224. Krannich R. — «Silikattechnik», 18, № 9, S. 290—296; № 11,
354—357, 1967.
225. Hughes E. W.— «Vitreous Enameller», 20, № 2, p. 69—74, 1969.
226. Hughes E. W. — «Metal Prod. Manufact.», 24, № 2, p. 71—76, 1967.
227. Thompson R. S. —«J. Canad. Ceram. Soc.», 34, p. 43, 1965.
228. Mock J. A. — «Mater. Design Engng», 63, p. 96, 1966.
229. Vincent O. L. — «Ceram. Ind.», 81, № 5, p. 53, 1963.
230. Petterson F. — «Mitt. Vereins dtsch. Emailfachl.», 13, № 6, S. 37,
1965.
231. Petzold A. — «Silikattechnik», S. 466—468, 1958; перевод в сб.
«Керамика и стекло». М., Изд-во иностр, лит., 1960.
487
232. «Internet. Enamelist», 8, № 1, p. 2, 3, 6, 31, 1958.
233. Moore D. G., H a r r i s о n W. N. — «Internet. Enamelist», 7, № 3,
p. 2, '3, 31, 1957.
234. Plankenhorn W. J. — «Metal Prod. Manufact.», 22, № 5, p. 110—
111, 1965.
235. Патент США, № 3338732, 1967.
236. Vielhaber L. Emailliertechnik. Dusseldorf, Ing. Verlag, 1958.
237. X e н н ш Г. Электролюминесценция. M., изд-во «Мир», 1964, с. 323—
347.
238. В а р г и и В. В., Гуторова Л. Л., Мазурин О. В. и др.
Стальные эмалированные электролюминесцентные панели. ЛТИ, 1963 (Серия —
Защита металов от коррозии, износостойкие, антифрикционные и защитные
покрытия, вып. 8.) ЛДНТП, 1963.
239. Плющ О. Б., Н а д у т ы й А. И. В сб. «Основные направления кон-
струирования и технологии изготовления аппаратуры с химически устойчивыми
и жаропрочными покрытиями», вып. 3. Киев, УкрНИИНТИ, 1970, с. 3—6.
240. Каталог химической аппаратуры. Министерство химического н нефтя-
ного машиностроения. Киев, изд-во «Реклама», 1970.
241. Wegner Е. — «Mitt. Vereins dtsch. Emailfachl.», 15, № 9, S.73—78,
1967.
242. G r a f e n H. Там же, 15, № 1, S. 1—8, 1967.
243. Логвиненко Д. Д.,См нщенко О. П., Толстопятов Р. В.
и др. В сб. «Новое в эмалировании химической аппаратуры». Киев, УкрНИИНТИ,
1968, с. 16—18.
244. Бажанов В.С.,Сапсай В. Т., Кудряшов М. В. и др. В сб.
«Научно-техническое совещание по эмали и эмалированию металлов». (Краткие
сообщения.) ЛТИ нм. Ленсовета, 1968.
245. Григоренко И. П., Б о г о Д и е т Е. Н. В сб. «Новое в эмали-
ровании химической аппаратуры». Киев, УкрНИИНТИ, 1968, с. 18—23.
246. М о г н л ь ч е и к о В. С., Андрее Н. Г., По ж и д aje в А. А. и др.
В сб. «Основные направления конструирования н технологии изготовления аппа-
ратуры с химически устойчивыми и жаропрочными покрытиями», вып. 3. Киев,
УкрНИИНТИ, 1970, с. 43—46.
247. В а р г и и В. В. В сб. «Эмалированная химическая аппаратура». М.,
Госхимиздат, 1959, с. 8.
248. В а р г и и В. В., Засухина Л. 3. — «Стекло и керамика», 1969,
№ 9, с. 17—19.
249. D ietzel A., Oel Н. J. — «Mitt. Vereins dtsch. Emailfachl.», 16,
№ 11, S. 81, 1968.
250. В a p г и и В. В., M и ш е л ь В. Э. — «Стекло и керамика», 1969,
№ 10, с. 20—23.
251. Ланте Н. И. Там же, 1970, № 1, с. 28—29.
252. Рогожин Ю. В., Рашкован А. В., Сырицкая 3. М.
Там же, 1967, с. 22—24.
253. Petzold A., Hiibscher М. — «Glas-Email-Keramo-Technik»,
19, № 5, S. 157, 1968.
254. Варгин В. В., Золотова И. Н. — «Стекло и керамика», 1962,
№ 2, с. 23—26.
255. Мишель В. Э., Р о м и и а Н. П. В сб. «Исследования в области
химии силикатов и окислов». М.—Л., изд-во «Наука», 1965, с. 75—80.
256. Павлушкин Н. М. Основы получения ситаллов. М., Стройнздат, 1967.
257. Бережной А. И. Ситаллы и фотоенталлы. М., изд-во «Машино-
строение», 1966.
258. Макмиллан Р. У. Стеклокерамика. М., изд-во <Мир», 1967.
259. Stookey S. D. — «Sprechsaal», 92, № 17, S. 447, 1959.
260. Филиповнч В. Н. В сб. «Стеклообразное состояние», вып. 1.
М.—Л., изд-во АН СССР, 1963, с. 9—23.
261. Р а б и и о в и ч Э. М. Там же, с. 24—31.
262. Алейников Ф. К. — Изв. АН СССР (Неорганические мате-
риалы.), 1970, № 3, с. 528.
488
263. «Chem. Engng», 67, Ns 20, p. 130—134, 1960.
264. Sm i t h R. E. — «Mater. Design. Engng.», 58, Ns 6, p. 85—87, 1963.
265. Scharbach H. — «Werkstoffen u. Korrosion», 16, Ns 1, S. 20—23,
1965.
266. Little J. R., H a 1 1 D. H. — «Mater. Protection», 1, Ns 6, p. 40—44,
1962.
267. Little J. R., S a n d f о r d E. A. — «Amer. Ceram. Soc. Bull.», 43,
Ns 4, p. 272, 1964.
268. Авт. свид. СССР, Ns 184095, кл. 48c, 5/08.
269. Авт. свид. СССР, Ns 170815, кл. 48c, 1.
270. Авт. свид. СССР, Ns 192583, кл. 48c, 5/08.
271. В e н з e л ь Л. И., У ш а к о в Д. Ф. В сб. «Основные направлении
конструирования и технологии изготовления аппаратуры с химически устойчи-
выми и жаропрочными покрытиями», вып. 1. Киев, УкрНИИНТИ, 1970, с. 28—33.
272. Вензель Л. И. — «Стекло и керамика», 1968, Ns 6, с. 19—22.
273. Ушаков Д. Ф., Милюков Е. М. — «Стекло». Бюллетень Гос.
инт-та стекла, 1966, Ns 1, с. 109—115.
274. W а г g i n W. W., Mischel W. E. — «Sprechsaal», 102, Ns 24,
S. 1125—1128, 1969.
275. Ушаков Д. Ф., Милюков E. M., Зорина M. Л. — «Известия
АН СССР» (Неорганические материалы), 1967, Ns 3, с. 566—572.
276. Little J. R., De Clerk D. H. — «Mitt. Vereins dtsch. Email-
fachl.», Ns 10, S. 74, 1965.
277. Carlson W. A. — «Paper Amer. Soc. Meeh. Engrs.», 1968, NDF-20, 4.
278. «Anti-Corrosion Methods a. Mater.», 1, № 9, p. 19—20, 1966.
279. Патент США, Ns 3368712, 1968.
280. С a r 1 s о n W. A., Sandford В. А., С г a n d a 11 W. B.—
«J. Amer. Ceram. Soc.», 46, № 6, p. 249—253, 1963.
281. Little J. R., De Clerk D. H. — «Mitt. Vereins dtsch. Email-
fachl.», 14, Ns 9, S. 93—97, 1966.
282. Патент США Ns 3458344, кл. 117—70, 1969.
283. Певзнер Б. 3., А п пе н А. А..Антонова Е.А. Веб. «Жаро-
стойкие и теплостойкие покрытия». Л., изд-во «Наука», 1969, с. 205.
284. М с Millan Р. W., Hodson В. Р., Partridge G. — «Glass
Technology», 7, р. 121, 1966.
285. Авт. свид. СССР, Ns 255512, кл. 32 в, 7/04.
286. Коваленко В. В., Пожидаев А. А., Андреева Н. Т.
Безмуфельный обжиг стальных эмалированных изделий. Информационное письмо
Ин-та газа АН УССР, Ns 5 (140), Киев, 1968.
287. Hermans F. — «Mitt. Vereins dtsch. Emailfachl.», 8, Ns 4, S. 26—28,
1960.
288. «Corrosion Technology», Ns 11, p. 68, 1964.
289. «Ceramic Age», Ns 6, p. 58—59, 1962.
290. Школяр П. С., Зверев С. T., П p и x о д ь к о Ю. А. и др.
В сб. «Новое в эмалировании химическоей аппаратуры». Киев, УкрНИИНТИ,
1968, с. 23—26.
291. Клинов И. Я. Коррозия химической аппаратуры и коррозионно-
стойкие материалы. М., изд-во «Машиностроение», 1970.
292. «Corrosion Prevent, a. Control», 7, 6, р. 51—56, 1960.
293. Гончаревский М. С., Ромашко К). А. — «Защита метал-
лов», 3, Ns 4, 1967, с. 523—525.
294. Гринберг 3. А., Перминов А. А., Робинзон О. В.
и др. В сб. «Защитные эмалевые покрытия». Киев, УкрНИИНТИ, 1966, с. 43—47.
295. Гринберг 3. А., Смирнов Н.С. — «Сталь», 1965, Ns 5, с. 441—
445.
296. Зиневич А. Труды 3-го Международного конгресса по коррозии
металлов. Т. 2. М., изд-во «Мир», 1968.
297. Гринберг 3. А., М и р о н о в В. Я., П е р м и н о в А. А. и др.
В сб. «Защитные покрытия металлов» (Труды УралНИИЧМ, т. 7). Свердловск,
изд-во «Металлургия», 1968, с. 17—20.
489
298. Подклетное Е. Н. В сб. «Эмалированная химическая аппара-
тура». М., Госхимиздат, 1959, с. 104—107.
299. Л и пки н Я. Н., С о л о к А. М. и др. В сб. «Травление и обезжири-
вание труб из сталей и сплавов». М., изд-во «Металлургия», 1967, с. 290—294.
300. Nelson F. W., Arbter U. J., Henry S.L. — «Paper Amer. Soc.
Meeh. Engrs:», 1968, NPET-1; «Meeh. Engng.», 91, № 1, p. 14—17, 1969.
301. Захарова В. П. В сб. «Защитные покрытия металлов» (Труды
УралНИИЧМ, т. 7). Свердловск, изд-во «Металлургия», 1968, с. 83—90.
302. Зуева В. Ф., Агарков А. С., Е з е р с к и й Е. И. В сб. «Неорга-
нические стекловидные покрытия и материалы». Рига, изд-во «Зинатне», 1969,
с. 417—424.
303. Смирнов Н. С., Г р и н б е р г С. А. В сб. «Защита металлов от кор-
розии, износостойкие, антифрикционные и декоративные покрытия», вып. 26.
М„ ЦИТЭИН, 1960, с. 3—13.
304. Светлов В. А., Корнилов С. Я. В сб. «Технология производ-
ства черных металлов» (Труды УралНИИЧМ, т. 1). Свердловск, Металлургиздат,
1961, с. 298—301. В сб. «Эмалирование металлов». Киев, Гостехиздат УССР,
1962, с. 78—88.
305. Подклетное Е. Н. В сб. «Эмаль и процессы эмалирования». М.,
Машгиз, 1961, с. 22—32. В сб. «Борьба с коррозией в химической и нефтеперера-
батывающей промышленности» (Неметаллические материалы). М., изд-во «Маши-
ностроение», 1968, с. 14—20.
306. Жук Г. В., М а р к и н-а Л. В., Г л а д у ш В. М. В сб. «Эмаль и эма-
лирование металлов». ЛЦБТИ, 1963, с. 166—172.
307. Симхович 3. И., Щ е к о т и х и н К. Д-, Зобнин Н. Н. и др.
В сб. «Защитные эмалевые покрытия». Киев, УкрНИИНТИ, 1966, с. 36—41.
308. Гончаревский М. С., Гладуш В. М., Еременко Н. Г.
В сб. «Неорганические стекловидные покрытия и материалы». Рига, изд-во «Зинат-
не», 1969, с. 489—492.
309. Ап пен А. А. Температуроустойчивые неорганические покрытия.
Л., изд-во «Химия», 1967.
310. Жаростойкие покрытия. Л. — М., изд-во «Наука», 1965.
311. Высокотемпературные покрытия. М.—Л., изд-во «Наука», 1967.
312. Температуроустойчивые защитные покрытия. Л., изд-во «Наука», 1968.
313. Жаростойкие и теплостойкие покрытия. Л., изд-во «Наука», 1969.
314. Высокотемпературные неорганические покрытия. М., изд-во «Метал-
лургия», 1968.
315. Э й д у к Ю. Я., Б идер мание Л. К., П а у к ш П. Г. В сб.
«Неорганические стекловидные покрытия и материалы». Рига, изд-во «Зинатне»,
1969, с. 445.
316. Свирский Л. Д., Соболь Н. П. — «Вестник Харьковского
политехнического ин-та», сер. «Химическое машиностроение», вып. 1, 1966,
№ 12, с. 66.
317. С u t h i 1 1 J. R., R i с h m о n d J. R., T i g h e N.J. — «Amer.
Ceram. Soc. Bull.», 38, № 1, p. 4, 1959.
318. Ситникова А. Я., А п п e н А. А. В сб. «Жаростойкие и тепло-
стойкие покрытия». Л., изд-во «Наука», 1969, с. 211.
319. Антонова Е. А., Кузнецова Л. А., Иванова Л. А. —
«Защита металлов», 1965, № 1, с. 104.
320. Антонова Е. А., Кузнецова Л. А., Федоров В. Н.
и др. Там же, 1967, № 5.
321. Цобкалло С. О. и др. В сб. «Жаростойкие и теплостойкие покры-
тия», Л., изд-во «Наука», 1969, с. 482.
322. Сазонова М. В. В сб. «Температуроустойчивые защитные покры-
тия». Л., изд-во «Наука», 1968, с. 192.
323. Сазонова М. В., Аппен А. А., Горбатова Г. Н. В сб.
«Жаростойкие и теплостойкие покрытия». Л., изд-во «Наука», 1969, с. 191.
324. Moore D., Cuthill J. — «Amer. Ceram. Soc. Bull.», 34, p. 375,
1955.
325. Антонова E. А., Аппен A. A.,—ЖПХ, 1959, c. 2468.
490
326. Сазонова М. В., Баньковская И. Б. В сб. «Жаростойкие
покрытия». Л.-М., изд-во «Наука», 1965, с. 108.
327. Аппен А. А.,Антонова Е.А. идр.Всб. «Высокотемпературные
покрытия», М.—Л., изд-во «Наука», 1967, с. 134.
328. Аппен А. А., К а я л о в а С. С., Б а й к о в а Г. В. В сб. «Темпера-
туроустойчивые защитные покрытия». Л., изд-во «Наука», 1968, с. 253.
329. Ситникова А. Я- Автореф. каид. дисс. Ин-та химии силика-
тов им. И. В. Гребенщикова, .1965.
330. Пономаренко А. Д., Савенкова А. К. — «Вестник Харь-
ковского политехиич. ин-та», 1968, № 32, вып. 2, с. 84.
331. Антонова Е. А., Попов Н. Н. — «Защита металлов», 1965,
с. 687.
332. Свирский Л. Д„ Пономаренко А. Д. Веб. «Жаростойкие
покрытия». Л.—М., изд-во «Наука», 1965, с. 187.
333. Гиршович Н. Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках.
Л., изд-во «Машиностроение», 1966.
334. Пивова р ский Э. Чугун. Пер. с нем. М., изд-во «Металлургия»,
1965.
335. Эмалированная химическая аппаратура. Обзор иностранной литера-
туры. Под ред. К- А. Белой. Изд. ЦБТИ Госкомитета по автоматизации и машино-
строению при Госплане СССР, 1963.
336. Hauttmann А. — «Mitt. Vereins dtsch. Emailfachl.», 11, № 7,
S. 55—62, 1963.
337. D i e t z e 1 A., Lem me H. — «Sprechsaal», 93, № 1, S. 5, 1960.
338. Dawson J. V.— «Metal Finish. J.», 10, № 111, p. 103—110, 1962.
339. Патент США, № 3216846, кл. 117—70, 1965.
340. Лесков А. Л. и др. В сб. «Неорганические стекловидные покрытия
и материалы». Рига, изд-во «Зинатне», 1969, с. 347.
341. Kristensen Е. D. — «Foundry Trade J.», 119, № 2534, р. 3—6,1965.
342. Marker R. — «Mitt. Veriens dtsch. Emailfachl.», 15, № 3, S. 32—33,
1967.
343. Английский патент, № 1094361, кл. С IM (С 23d), 1967.
344. Патент ФРГ, № 1278197, кл. 48 с, 5/04 (С 23d), 1969.
345. Патент США, № 3132038, кл. 117—18, 1964.
346. Зайцев А. А., Могильченко В. С. — «Химическое и нефтя-
ное машиностроение», 1967, № 4, с. 31—32.
347. Зайцев А. А., Могильченко В. С. Веб. «Неорганические
стекловидные покрытия и материалы». Рига, изд-во «Зинатне», 1969, с. 283—292.
348. Варгин В. В., Гуторова Л. Л., Серебрякова М. В.
Эмалирование алюминия. ЛДНТП, серия «Защитные покрытия металлов»,
вып. 5, 1960.
349. Judd D. М. — «Ceram. Age», 84, № 5, р. 28—29, 1968.
350. Huttig W. — «Glas-Email-Keramo-Technik», 14, № 1, S. 9—11,
1963.
351. Gugeler A. L. — «Appliance», 26, № 10, p. 77—79, 1969.
352. Патент ФРГ, № 1069449, 1960.
353. Ziesche D. — «Glas-Email-Keramo-Technik», 14, № 1, S. 1—9, 1963.
354. Варгин В. В., Гуторова Л. Л. — «Стекло и керамика», 1960,
•NH0, с. 22—25; в сб. «Эмаль и эмалирование металлов». ЛЦБТИ, 1963, с. 150—
355. Булавин Ю. И. — «Стекло и керамика», 1966, № 10, с. 23—24.
356. Варгин В. В., Цехомская Т. С. — ЖПХ, т. 35, 1962, № 11,
с. 2363—2368.
357. Азаров К. П., Гречанова С. Б., Мигонаджиев А. С.
В сб. «Эмаль и эмалирование металлов». ЛЦБТИ, 1963, с. 143—150.
358. Мигонаджиев А. С. — «Стекло и керамика», 1966, № 12, с. 15—17.
359. Некрасов Б. В. Основы общей.химии. Т. 3. М., изд-во «Химия»,
1970, с. 40.
360. Визир В. А., Мартынов М. А. Керамические краски. Киев,
изд-во «Техшка», 1964.
491
361 .Лебедева Л. П. В сб.' «Эмаль и эмалирование металлов».
ЛЦБТИ, 1967, с. 225—230.
362. Павлушкин Н. М., Сентюрин Г. Г., Ходаковская Р. Я-
Практикум по технологии стекла и снталлов. М., Стройиздат, 1970.
363. Мазурин О. В. и др. Тепловое расширение стекла. Л., изд-во
«Наука», 1969.
364. Griffiths R. — «J. Brit. Ceram. Soc.», № 1, p. 51—56, 1966.
365. «Internat. Enamelist», № 3, p. 26—27, 1963.
366. Clemens К. H. — «Mitt. Vereins dtsch. Emailfachl.», № 11, S. 97—
106, 1961.
367. Кудрявцева Г. А. В сб. «Эмаль и эмалирование металлов».
ЛЦБТИ, 1967, с. 205—209.
368. Азаров К. П., Го н ч а р о в С. И., К р о л и к о в В. Н. и др.
В сб. «Эмаль и эмалирование металлов». ЛЦБТИ, 1967, с. 213—216.
369. Г о р б а т е н к о В. Е. В сб. «Эмаль и эмалирование металлов».
ЛЦБТИ, 1967, с. 210—213.
370. Мишель В. Э., Р о м и и а Н. П. В сб. «Эмаль и эмалирование
металлов». ЛЦБТИ, 1967, с. 231—234.
371. Mitt. Vereins dtsch. Emailfachl., № 8, S. 56, 1969.
372. Техника безопасности и производственная санитария в химической
промышленности. Сб. постановлений, правил, норм и инструкций. М., нзд-во
«Химия», 1965.
373. Вредные вещества в промышленности. Под ред. Н. В. Лазарева, т. 1
и 2. М.—Л., изд-во «Химия», 1965.
374. Пожарная опасность веществ и материалов. Справочник под ред.
И. В. Рябова. М„ Стройиздат, 1966.
375. Спецодежда, спецобувь, средства индивидуальной защиты. Справочник-
каталог. М., Профиздат, 1965.
376. Правила безопасности в газовом хозяйстве. М., изд-во «Недра», 1970.
377. Санитарные нормы и правила при работе с инструментами, механизмами
и оборудованием, создающим вибрации, СН626—66. М., Мин-во здравоохранения
СССР, 1966.
378. Соловьев Н. В., Стр е л ь ч у к Н. А., Ермилов П. И. идр.
Охрана труда в химической промышленности. М., изд-во «Химия», 1969.
379. Борьба с шумом. Под ред. Е. Я. Юдина. М., Стройиздат, 1964.
380. Калягин В. А. Вентиляционные устройства на стекольных заводах.
М., изд-во «Легкая индустрия», 1966.
381. Зайончковский Я. Обеспыливание в промышленности. Пер.
с польского. М„ Стройиздат, 1969.
382. Очистка производственных сточных вод. Под ред. Ю. И. Турского
и И. В. Филиппова. Л., изд-во «Химия», 1967.
383. Малых А. А., С п н р и н а А. М. Защита рабочих от лучистого
тепла. М., Профиздат, 1961.
384. Оптовые цены на лакокрасочные материалы. Дополнение № 1 к прей
скуранту № 05—04. М., Прейскурантгнз, 1967.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
Предисловие........................................................ 3
РАЗДЕЛ I
ТЕХНОЛОГИЯ ЭМАЛИ
Глава I. Сырьевые материалы и приготовление шихты (В. Д. Сен-
дерович) .......................................................... 5
1. Сырьевые материалы ........................................ —
2. Подготовка сырьевых материалов и приготовление шихты ... 14
Глава II. Варка эмалей............................................ 16
1. Эмалеварочные печи (В. А. Кузяк)........................... —
Топливо и его сжигание в эмалеварочных печах................. —
Виды печей ................................................ 29
2. Варка (В. В. Варгин) ..................................... 43
Выводка печи................................................ —
Процессы, происходящие во время варки....................... —
Особенности варки в печах различного типа.................. 50
Особенности варки эмалей различного типа................... 52
3. Централизованное производство эмалей (В. П. Ваулин) .... 58
Глава III. Помол эмали и приготовление шликера.......... 63
1. , Помол эмали (Л. Д. Свирский)............................ г—
2. Шликер и его свойства (Л. Д. Свирский) '.................. 70
3. Приготовление шликеров (Б. 3. Певзнер) '.................. 77
РАЗДЕЛ 11
ТЕХНОЛОГИЯ ЭМАЛИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
Глава IV. Эмалирование стальных изделий..................... 91
1. Сталь для эмалирования (Н. С. Смирнов) ....... —
2. Посуда............................................. 105
Изготовление посуды (Я. Н. Зеленский)................. —
Подготовка поверхности (Я. С. Смирнов)...... 111
Грунты и эмали (Е. М. Ошурков) .................... 123
Нанесение шликера (5. 3. Певзнер) ............. 139
Сушка покрытий (Я. Я. Зеленский).................... 157
Печи для обжига грунта и эмали (Я. Я. Зеленский).... 165
Обжиг покрытий (Е. А. Антонова, В. В. Лучинский) ..... 181
. - Декорирование (Я. Я. Зеленский) ................... 191
Сортировка и упаковка посуды (Я. Я. Зеленский)...... 196
3. Бытовая газовая аппаратура и холодильники (£. А. Антонова,
В. В. Лучинский) ................................. 197
493
Изготовление деталей....................................... 198
Подготовка поверхности .................................... 200
Грунты и эмали............................................ 208
Нанесение, сушка и обжиг покрытий.......................... 211
Безгрунтовое эмалирование.................................. 221
Сборка аппаратуры.......................................... 224
4. Ванны и раковины (Е. А. Антонова, В. В. Лупинский) .... 225
5. Архитектурные детали. Вывески и таблицы................... 227
Архитектурные детали (М. В. Серебрякова)..................... —
Вывески и таблицы (Е. А. Антонова, В. В. Лупинский) .... 234
6. Химическая аппаратура..................................... 238
Общая характеристика стальной эмалированной аппаратуры
Типы стальной эмалированной аппаратуры (Г. А. Кудрявцева,
Б. 3. Певзнер)............................................. 246
Конструирование и изготовление аппаратов под эмалирование
(Г. А. Кудрявцева, Б. 3. Певзнер, Л. В. Пурин) .... —
Подготовка к эмалированию (Г. А. Кудрявцева, Б. 3. Певзнер) 251
Грунты и эмали (В. В. Варгин, В. Э. Мишель)................ 255
Шликер, нанесение и сушка покрытий (М. М. Карабапинская) 274
Обжиг покрытий (Г. А. Кудрявцева, Б. 3. Певзнер, Л. В. Пурин) 278
Контроль качества покрытий. Виды брака (М. М. Карабапинская) 287
Сборка и упаковка аппаратов (Л. В. Пурин).................. 291
7. Трубопроводы для жидкостей и газов (Н. С. Смирнов) ....... 292
Требования к трубам для эмалирования ...................... 295
Подготовка поверхности .................................... 296
Нанесение шликера и сушка ................................ 298
Обжиг покрытия. Правка труб ............................... 300
8. Жаростойкие покрытия (А. А. Аппен)........................ 302
Способы нанесения покрытий ................................ 304
Состав и свойства покрытий, наносимых методами эмалирования 305
9. Пороки эмалевого покрытия. Реэмалирование изделий (В. Я- Лок-
шин) ...................................................... 321
Глава V. Эмалирование чугунных изделий............................ 331
1. Чугун для эмалирования (В. Я- Локшин, Г. П. Смирнова) .... 332
Пороки отливок ............................................ 340
Подготовка поверхности .................................... 343
2. Санитарно-технические изделия ............................ 345
Грунты и эмали (В. Я- Локшин, Г. П. Смирнова)................ —
Эмалирование ванн (В. Я- Локшин, Г. П. Смирнова).......... 353
Схема цеха эмалирования ванн (В. П. Ваулин)................ 360
Эмалирование раковин, моек и других санитарно-техническнх
изделий {В. Я- Локшин, Г. П. Смирнова).................. 362
3. Химическая аппаратура (Г. А. Кудрявцева, В. Э. Мишель) 368
Типы и конструкции аппаратов. Подготовка к эмалированию . . . 369
Грунты и эмалн ............................................ 372
Эмалирование .......................................... . 375
4. Посуда (В. Я- Локшин, Г. П. Смирнова)..................... 377
5. Прочие изделия технического назначения (В. Я- Локшин,
Г. П. Смирнова) ............................................. 380
6. Пороки эмалевого покрытия. Реэмалированне изделий (В. Я- Лок-
шин, Г. П. Смирнова) ..................................... 382
Глава VI. Эмалирование алюминиевых изделий (М. В. Серебрякова) 387
Металл для эмалирования ..................................... —
Подготовка поверхности .................................... 391
Эмали ..................................................... 333
Эмалирование .............................................. 398
494
Глава VII. Эмалирование ювелирных изделий из цветных и драго-
ценных металлов (Л. Л. Гуторова)............ 404
Металлы для эмалврования ................................ —
Изготовление металлических заготовок ....................... 406
Эмали....................................................... 409
Эмалирование ............................................. 411
Отделка и сборка изделий.................................. 413
Пороки ................................................... 414
Эмалирование алюминиевых ювелирных изделий ............... 416
Глава VIII. Контроль эмалировочного производства (В. В. Варгин,
М. В' Серебрякова, Г. П. Смирнова) ............................... 419
Испытание металла ........................................ 420
Контроль очистки изделий перед эмалированием.............. 422
Контроль сырьевых материалов, шихты и варки эмалей .... 424
Контроль эмалевых фритт .................................. 425
Контроль шликеров ........................................ 430
Контроль качества эмалевого покрытия...................... 436
Глава IX. Охрана труда и техника безопасности (5. 3. Певзнер) 453
Приложения (В. Э. Мишель) .......................... 467
Литература......................................... 481
ЭМАЛИРОВАНИЕ
МЕТАЛЛИЧЕСКИХ
ИЗДЕЛИЙ
Под общей редакцией В. В. Варгина
Редактор издательства Т. Л. Лейкина
Переплет художника П. П. Викторова
Технический редактор А. А. Бардина
Корректоры: Л. Ф. Борисова, Р. Г. Солодкииа и 3. С. Романова
Сдано в производство 15/IX 1971 г.
Подписано к печати 16/П 1972 г. М-П557
Формат бумаги бОХЭО'/и- Бумага типографская №2
Печ. л. 31. Уч.-изд. л. 34,7. Тираж 8.000 экз.
Зак. № 1309. Цена 1р. 98 к.
Ленинградское отделение издательства «МАШИНОСТРОЕНИЕ
Ленинград, 19Ю65, ул. Дзержинского, 10
Ленинградская типография К: 6 Главполиграфпрома
Комитета по печати при Совете Министров СССР
Ленинград, 193144, ул. Моисеенко, 10