RU2347010C2 - Method for electroarc cleaning of metal product surfaces - Google Patents
Method for electroarc cleaning of metal product surfaces Download PDFInfo
- Publication number
- RU2347010C2 RU2347010C2 RU2007107061/02A RU2007107061A RU2347010C2 RU 2347010 C2 RU2347010 C2 RU 2347010C2 RU 2007107061/02 A RU2007107061/02 A RU 2007107061/02A RU 2007107061 A RU2007107061 A RU 2007107061A RU 2347010 C2 RU2347010 C2 RU 2347010C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal
- cleaning
- processing
- metal products
- cathode
- Prior art date
Links
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 43
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 17
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 4
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 abstract 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 14
- 229910000272 alkali metal oxide Inorganic materials 0.000 description 13
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 7
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 6
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000009851 ferrous metallurgy Methods 0.000 description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 239000011431 lime mortar Substances 0.000 description 2
- 238000009856 non-ferrous metallurgy Methods 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- -1 alkali oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
- Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к очистке поверхности металлических изделий металлургической промышленности: очистке их от окалины и загрязнений, термообработке или модификации поверхности изделий, и может быть использовано на предприятиях черной и цветной металлургии, а также в машиностроительных отраслях производства. Данное техническое решение относится также к плазменной технике, к способам получения плазмы и управления ею.The invention relates to the field of metallurgy, namely to cleaning the surface of metal products of the metallurgical industry: cleaning them from scale and contaminants, heat treatment or surface modification of products, and can be used in enterprises of ferrous and non-ferrous metallurgy, as well as in machine-building industries. This technical solution also applies to plasma technology, to methods for producing plasma and controlling it.
Известны способы и устройства электродуговой очистки поверхности металлических изделий (авт.свид. СССР №№122603, 224716, 367980, 1113196, 1189618; патенты РФ №№2012694, 2021391, 2064524, 2068029, 2074903, 2135316, 2144096, 2165474, 2170283, 2195517; патенты США №№4950377, 4971667, 5246741; патенты Великобритании №№2055939, 2164359; патент Франции №2403860; патент ЕР №0175538; патенты WO №№92/6965, 93/13238, 97/00106, 99/28520; Физика плазмы 1978, 4(4), с.425-428; Ивановский Г.Ф. и др. Ионно-плазменная обработка материалов. М.: «Радио и связь», 1986, с.156-158 и др.). Общим недостатком вышеперечисленных способов и устройств для электродуговой очистки металлических изделий является то, что очистка сопряжена с большими энергопотерями и нагревом обрабатываемых изделий. Большие энергопотери приводят к удорожанию и снижению производительности очистки металлов, а высокий нагрев металла во время очистки приводит к снижению или к потере потребительских свойств металлического изделия. Все это связано с тем, что очистка металлических изделий осуществляется катодными пятнами электродугового разряда, которые движутся по очищаемой поверхности (Е.С.Сенокосов, А.Е., Сенокосов. Плазменная электродуговая очистка металлических изделий, журнал «Металлург», №4, 2005 г., с.44).Known methods and devices for electric arc cleaning of the surface of metal products (autosw. USSR No. 1222603, 224716, 367980, 1113196, 1189618; RF patents No. 2012694, 2021391, 2064524, 2068029, 2074903, 2135316, 2144096, 2165474, 2170283, 2195517 ; US patent No. 4950377, 4971667, 5246741; UK patent No. 2055939, 2164359; French patent No. 2403860; patent EP No. 0175538; patents WO No. 92/6965, 93/13238, 97/00106, 99/28520; Physics Plasma 1978, 4 (4), pp. 425-428; Ivanovsky G.F. et al. Ion-plasma processing of materials. M: Radio and Communication, 1986, pp. 156-158, etc.). A common disadvantage of the above methods and devices for electric arc cleaning of metal products is that cleaning involves large energy losses and heating of the processed products. Large energy losses lead to higher prices and lower productivity of metal cleaning, and high heating of the metal during cleaning leads to a decrease or loss of consumer properties of the metal product. All this is due to the fact that the cleaning of metal products is carried out by cathode spots of an electric arc discharge, which move along the surface to be cleaned (E.S. Senokosov, A.E., Senokosov. Plasma electric arc cleaning of metal products, Metallurg magazine, No. 4, 2005 g., p. 44).
Из известных способов и устройств наиболее близким к предлагаемому способу является А.С. РФ №1806870, В08В 3/10,1989 г., которое и выбрано в качестве ближайшего аналога.Of the known methods and devices closest to the proposed method is A.S. RF №1806870, B08В 3 / 10.1989, which was chosen as the closest analogue.
Согласно аналога с целью повышения производительности и качества дуговой очистки поверхности металла без ухудшения качества металла в межэлектродный зазор (катодом является очищаемая деталь) вводится дополнительное рабочее тело и пары, или химические соединения щелочных или щелочно-земельных элементов.According to the analogue, in order to increase the productivity and quality of the arc cleaning of the metal surface without impairing the quality of the metal, an additional working fluid and vapors, or chemical compounds of alkaline or alkaline-earth elements, are introduced into the interelectrode gap (the cathode is the part to be cleaned).
Однако, указанный аналог обладает рядом существенных недостатков, которые до сих пор не позволили применить его на практике.However, this analogue has a number of significant drawbacks, which until now have not allowed to put it into practice.
Основным недостатком ближайшего аналога являются высокие энергопотери при очистки металлических изделий. Эти энергопотери в основном связаны с тем, что катодные пятна, которыми очищается поверхность металлического изделия, хаотически многократно перемещаются по уже очищенной поверхности металла, если это очистка от оксидов, то по поверхности, уже очищенной от оксидов. Это сопряжено с высокими энергопотерями и снижением производительности очистки поверхности. Высокие энергопотери, в свою очередь, приводят к перегреву очищаемой поверхности и ухудшению качества металла.The main disadvantage of the closest analogue is the high energy loss during the cleaning of metal products. These energy losses are mainly due to the fact that the cathode spots that clean the surface of the metal product randomly repeatedly move along the already cleaned surface of the metal, if it is cleaning from oxides, then on the surface already cleaned from oxides. This is associated with high energy losses and reduced surface cleaning performance. High energy losses, in turn, lead to overheating of the surface being cleaned and deterioration of the quality of the metal.
Известно, что щелочные (ЩМ), щелочно-земельные (ЩЗМ) или редкоземельные металлы (РЗМ) обладают самыми низкими потенциалами ионизации, низкой работой выхода электронов и высокой энергией адсорбции на горячей поверхности катодов по сравнению с другими химическими элементами таблицы Менделеева. Добавление этих химических веществ в чистом виде или в виде химических соединений в плазмообразующие рабочие тела приводит к существенному снижению энергозатрат на поддержание дуговых разрядов и на снижение температуры плазмы и поверхности катодов (Е.С.Сенокосов, Межвузовский тематический сборник научных трудов, «Источники и ускорители плазмы», выпуск 7 и 8, 1983 и 1984 гг., г.Харьков; Е.С.Сенокосов, АН СССР, Сборники докладов 7-х и 8-х чтений, посвященных разработке научного наследия и развития идей Ф.А.Цандера, изд. «Наука», 1984 г.и 1986 г.).It is known that alkaline (alkaline earth), alkaline earth (alkaline earth) or rare-earth metals (rare earth metals) have the lowest ionization potentials, low electron work function and high adsorption energy on the hot surface of the cathodes in comparison with other chemical elements of the periodic table. The addition of these chemicals in pure form or in the form of chemical compounds to plasma-forming working fluids leads to a significant reduction in energy consumption for maintaining arc discharges and lowering the temperature of the plasma and the surface of the cathodes (E.S. Senokosov, Interuniversity thematic collection of scientific papers, “Sources and Accelerators Plasma ”, issue 7 and 8, 1983 and 1984, Kharkov; E. S. Senokosov, Academy of Sciences of the USSR, Collected papers of 7 and 8 readings on the development of the scientific heritage and development of ideas of F. A. Tsander , ed. "Science", 1984 and 1986).
Снижение энергозатрат на поддержание дуговых разрядов при добавлении ЩМ, ЩЗМ и РЗМ в плазмообразующее рабочее тело (ПРТ) происходит за счет снижения эффективного потенциала ионизации, то есть за счет снижения энергозатрат на плазмообразование в дуговом разряде (СИ. Думов, Технология электрической сварки плавлением, «Машиностроение», Л., 1978 г., с.30). Снижение температуры очищаемой поверхности металлических изделий (катода) при введении в ПРТ атомов ЩМ, ЩЗМ и РЗМ происходит за счет снижения работы выхода электронов с катода, то есть снижения энергозатрат на эмиссию электронов с очищаемой поверхности (Г.А.Любимов, В.И.Раховский, Катодное пятно вакуумной дуги, журнал «Успехи физических наук», т.125, вып.4, 1978 г., с.693).Reducing the energy consumption for maintaining arc discharges when adding alkali metal oxide, alkali metal oxide and rare earth metals to a plasma-forming working fluid (PRT) occurs by reducing the effective ionization potential, that is, by reducing the energy consumption for plasma formation in an arc discharge (SI. Dumov, Electric fusion welding technology, " Engineering ", L., 1978, p.30). A decrease in the temperature of the cleaned surface of metal products (cathode) when atoms of alkali metal, alkali metal, and rare earth metals are introduced into the PRT due to a decrease in the work function of the electrons from the cathode, that is, a decrease in energy consumption for the emission of electrons from the cleaned surface (G.A. Lyubimov, V.I. Rakhovsky, Cathode spot of a vacuum arc, journal Uspekhi Fizicheskikh Nauk, vol. 125, issue 4, 1978, p.693).
На снижение стоимости, увеличение производительности и снижение нагрева очищаемой поверхности металлического изделия, влияют не только физические свойства ЩМ, ЩЗМ и РЗМ, но и способ их введения в дуговой разряд и особенно в катодную область разряда.The reduction in cost, increase in productivity, and decrease in heating of the metal surface being cleaned are affected not only by the physical properties of ЩМ, ЩЗМ and РЗМ, but also by the method of their introduction into the arc discharge and especially into the cathode region of the discharge.
Согласно ближайшего аналога введение паров ЩМ и ЩЗМ или их соединений производят с помощью дополнительного рабочего тела из емкости, где их испаряют. На практике это наоборот удорожает процесс обработки поверхности металлических изделий по следующим причинам.According to the closest analogue, the introduction of vapors of alkali metal oxide and alkali metal oxide or their compounds is carried out using an additional working fluid from the tank where they are evaporated. In practice, on the contrary, it increases the cost of surface treatment of metal products for the following reasons.
Подача паров ЩМ, ЩЗМ и РЗМ в вакууме и особенно при атмосферном давлении представляет собой сложную инженерную проблему и требует дорогостоящего оборудования и высокой квалификации обслуживающего персонала.The supply of SchM, SCHM and REM vapors in vacuum and especially at atmospheric pressure is a complex engineering problem and requires expensive equipment and highly qualified staff.
Использование дополнительного газообразного рабочего тела усложняет оборудование для очистки металлических изделий и удорожает процесс самой очистки. В ближайшем аналоге предлагается использовать в качестве ПРТ аммиак. Известно, что аммиак взрывоопасен и ядовит, это еще более удорожает процесс очистки металлических изделий и делает его неприменимым на практике.The use of an additional gaseous working fluid complicates the equipment for cleaning metal products and makes the cleaning process more expensive. In the closest analogue, it is proposed to use ammonia as a PRT. It is known that ammonia is explosive and toxic, this makes the cleaning of metal products even more expensive and makes it inapplicable in practice.
Технической задачей изобретения является существенное снижение стоимости очистки металлических изделий, увеличение производительности очистки и снижение нагрева металла очищаемого изделия.An object of the invention is to significantly reduce the cost of cleaning metal products, increase cleaning performance and reduce the heating of metal of the product being cleaned.
Поставленная задача, согласно предлагаемому способу электродуговой очистки поверхности металлических изделий, являющихся катодом, решается тем, что на очищаемую поверхность предварительно наносят щелочные, щелочно-земельные или редкоземельные металлы или их химические соединения.The problem, according to the proposed method of electric arc cleaning of the surface of metal products, which are the cathode, is solved by the fact that alkali, alkaline earth or rare earth metals or their chemical compounds are preliminarily applied to the surface to be cleaned.
Поставленная задача, согласно предлагаемому способу очистки поверхности металлических изделий, решается тем, что для создания защитной или восстановительной атмосферы на очищаемую поверхность металлического изделия наносят вещество, которое газифицируется катодными пятнами.The problem, according to the proposed method for cleaning the surface of metal products, is solved by the fact that to create a protective or restorative atmosphere, a substance is applied to the surface of the metal product to be cleaned, which is gasified by cathode spots.
Согласно предлагаемому способу очистка металлических изделий осуществляется следующим образом. Перед очисткой все изделие покрыто окалиной, ржавчиной и другими загрязнениями (поковки, отливки, горячекатаная сталь и т.п.).According to the proposed method, the cleaning of metal products is as follows. Before cleaning, the entire product is covered with scale, rust and other contaminants (forgings, castings, hot rolled steel, etc.).
На очищаемую поверхность, например, предназначенную для очистки от оксидов и других загрязнений, наносят ЩМ, ЩЗМ, РЗМ или их химические соединения. Согласно способу эти покрытия должны быть очень тонкими, вплоть до атомарных слоев. Их основное назначение снизить работу выхода электронов в местах на поверхности изделия, где находится окалина, ржавчина или другие загрязнения (А.И.Морозов, Введение в плазмодинамику, Физматлит, М., 2006 г., с.365). Атомы ЩМ, ЩЗМ и РЗМ, нанесенные, например, термическим напылением на изделия, на воздухе быстро превращаются в химические соединения типа оксидов щелочей и т.п.и внедряются путем абсорбции и адсорбции в окалину, ржавчину или другие загрязнения (Современный словарь иностранных слов, «Дуэт» «Комета», С-Петербург, 1994 г., с.11 и 22).On the surface to be cleaned, for example, intended for cleaning from oxides and other contaminants, they are applied with SchM, SCHM, REM or their chemical compounds. According to the method, these coatings must be very thin, down to atomic layers. Their main purpose is to reduce the electron work function in places on the surface of the product where there is scale, rust, or other contaminants (A.I. Morozov, Introduction to Plasma Dynamics, Fizmatlit, M., 2006, p.365). The atoms of alkali metal oxide, alkali metal oxide and rare-earth metals, deposited, for example, by thermal spraying on products, quickly turn into chemical compounds such as alkali oxides, etc. in air and are absorbed and adsorbed into scale, rust or other contaminants (Modern Dictionary of Foreign Words, “Duet” “Comet”, St. Petersburg, 1994, p. 11 and 22).
В виде химических соединений ЩМ>ЩЗМ и РЗМ можно наносить в сухом виде на изделия при горячей обработке, например, напылять или посыпать их при прокатки горячих заготовок на металлическую полосу, катанку, фасонный профиль, поковку или отливку, или методом окунания, например, известкование катанки (И.А.Юхвец, Волочильное производство, Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, М. 1954 г., с.160) с последующей сушкой.In the form of chemical compounds, SHM> SHZM and REM can be applied dry to products during hot processing, for example, spraying or sprinkling them when rolling hot workpieces onto a metal strip, wire rod, shaped profile, forging or casting, or by dipping, for example, liming wire rods (I.A. Yukhvets, Drawing Production, State Scientific and Technical Publishing House of Literature on Ferrous and Non-Ferrous Metallurgy, M. 1954, p. 160), followed by drying.
Очистка металлической поверхности изделий катодными пятнами электрической дуги, например, в процессе дуговой очистки, после нанесения ЩМ, ЩЗМ и РЗМ в чистом виде или в виде химических соединений принципиально отличается от применяемой сейчас (Е.С.Сенокосов, А.Е.Сенокосов, Плазменная электродуговая очистка металлопроката, катанки, проволоки, труб и штучных металлических изделий от окалины, ржавчины и других загрязнений, журнал «Металлические страницы», №10, 2005 г., с.2).Cleaning the metal surface of products with cathode spots of an electric arc, for example, during the arc cleaning process, after applying SHM, SHCHZM and REM in pure form or in the form of chemical compounds is fundamentally different from that used now (E.S. Senokosov, A.E. Senokosov, Plazmennaya electric arc cleaning of metal, wire rod, wire, pipes and piece metal products from scale, rust and other contaminants, Metal Pages magazine, No. 10, 2005, p.2).
Это принципиальное отличие заключается в том, что эмиссия электронов в катодных пятнах и ионизация испаряющихся с поверхности очищаемой детали частиц загрязнений экспоненциально зависит от работы выхода электронов и потенциала ионизации атомов, из которых состоят загрязнения, соответственно (В.И.Раховский, Физические основы коммутации электрического тока в вакууме, «Наука», М., 1970 г., с.192).This fundamental difference lies in the fact that the emission of electrons in the cathode spots and the ionization of the pollution particles evaporating from the surface of the cleaned part exponentially depends on the work function of the electrons and the ionization potential of the atoms that make up the pollution, respectively (V.I. Rakhovsky, Physical fundamentals of electrical switching current in vacuum, "Science", M., 1970, p.192).
Процессы в электрическом разряде, особенно в его прикатодной области, самосогласованы, поэтому катодные пятна наиболее устойчивы и преимущественно перемещаются по поверхности катода в местах с наименьшей работой выхода электронов и покрытых легкоионизирующимися атомами, по сравнению с основным материалом катода, в данном случае материалом детали.The processes in an electric discharge, especially in its cathode region, are self-consistent, therefore, the cathode spots are most stable and mainly move along the cathode surface in places with the least work function of electrons and coated with easily ionizing atoms, compared to the main cathode material, in this case, the material of the part.
Если деталь выполнена из стали, то основным элементом является железо. Работа выхода электронов поверхности железа равна 4,31 электронвольт, а потенциал ионизации 7,90 электронвольт.If the part is made of steel, the main element is iron. The electron work function of the iron surface is 4.31 electron volts, and the ionization potential is 7.90 electron volts.
Если, согласно предлагаемому способу электродуговой очистки поверхности металлического изделия, перед очисткой от печной, воздушной окалины и ржавчины в загрязненную поверхность внедрить или нанести атомы или соединения относительно дешевых и распространенных элементов: Са, Ва, Sr, К и Na, то работа выхода электронов эмиссии в этих загрязненных участках упадет до величины работы выхода электронов этих элементов. Соответственно и в плазмообразовании в катодных пятнах будут участвовать только эти элементы.If, according to the proposed method of electric arc cleaning of the surface of a metal product, before cleaning from furnace, air scale and rust, atoms or compounds of relatively cheap and common elements: Ca, Ba, Sr, K and Na are introduced or deposited into the contaminated surface, then the emission electron work function in these contaminated areas will fall to the magnitude of the electron work function of these elements. Accordingly, only these elements will participate in plasma formation in cathode spots.
В таблице приведены значения работы выхода электронов и потенциалов ионизации этих элементов и расчетные значения отношения вероятностей выхода электронов эмиссии с загрязненных поверхностей по сравнению с чистой поверхностью стального изделия при температуре 3000 К и отношения вероятностей ионизации внедренных в поверхность указанных химических элементов по сравнению с вероятностью ионизации атомов железа при температуре плазмы 6000 К, характерной для электродуговой очистки. Температуры выбраны из многочисленных статистических данных.The table shows the values of the electron work function and the ionization potentials of these elements and the calculated values of the ratios of the probabilities of emission of emission electrons from contaminated surfaces compared to the clean surface of a steel product at a temperature of 3000 K and the ratios of the probabilities of ionization introduced into the surface of these chemical elements compared to the probability of atomic ion iron at a plasma temperature of 6000 K, characteristic of electric arc cleaning. Temperatures are selected from numerous statistics.
Из таблицы видно, что катодным пятнам энергетически выгодно перемещаться по участкам детали, в которые внедрены атомы ЩМ, ЩЗМ и РЗМ, так как вероятность выхода электронов эмиссии с загрязненной поверхности несоизмеримо выше, чем с поверхности чистой стали. Кроме того, вероятность ионизации атомов ЩМ, ЩЗМ и РЗМ так же выше, чем вероятность ионизации атомов железа (В.И.Раховский, Физические основы коммутации электрического тока, «Наука», М., 1970 г., с.193) в силу более низкого потенциала ионизации, соответственно и энергозатраты на плазмообразование в электрических дугах с присадками атомов ЩМ, ЩЗМ и РЗМ будут ниже, это доказано на практике (Г.А. Любимов, В.И. Раховский, Катодное пятно вакуумной дуги, журнал «Успехи физических наук», том 125, вып.4, 1978 г., с.691 по 703).It can be seen from the table that it is energetically advantageous for cathode spots to move through parts of the part into which the atoms of alkali metal, alkali metal, and rare-earth metals are embedded, since the probability of emission of emission electrons from a contaminated surface is incomparably higher than that from a surface of pure steel. In addition, the probability of ionization of atoms of alkali metal oxide, alkali metal oxide, and rare-earth metals is also higher than the probability of ionization of iron atoms (V. I. Rakhovsky, Physical fundamentals of electric current switching, “Nauka”, Moscow, 1970, p. 193) by virtue of lower ionization potential, respectively, and the energy consumption for plasma formation in electric arcs with additives of atoms SchM, SCHM and REM will be lower, this is proved in practice (G.A. Lyubimov, V.I. Rakhovsky, Cathode spot of a vacuum arc, the journal “Successes of physical Sciences ”, Volume 125, Issue 4, 1978, p.691 to 703).
Таким образом, нанесение ЩМ, ЩЗМ и РЗМ на металлические детали перед их очисткой электрическими дугами, например, перед очисткой катодными пятнами, приводит к тому, что катодные пятна в основном перемещаются по загрязненной поверхности. При этом падение напряжения в таких электрических дугах существенно меньше, чем в дугах, горящих на чистых стальных поверхностях, следовательно, это приводит к снижению энергозатрат на очистку деталей. Одновременно снижение работы выхода электронов и потенциала ионизации ПРТ приводит к снижению температуры в катодных пятнах, а, следовательно, к снижению нагрева очищаемой детали. К снижению температуры поверхности очищаемой детали приводит и то, что катодные пятна, в основном, перемещаются по еще неочищенным участкам поверхности, так как вероятность их нахождения на очищенной поверхности значительно меньше, чем на загрязненной, в которую внедрены атомы ЩМ, ЩЗМ и РЗМ в чистом виде или в виде химических соединений.Thus, the application of alkali metal oxide, alkali metal oxide, and rare-earth metals to metal parts before cleaning them with electric arcs, for example, before cleaning with cathode spots, leads to the fact that the cathode spots mainly move along the contaminated surface. In this case, the voltage drop in such electric arcs is much smaller than in arcs burning on clean steel surfaces, therefore, this leads to a reduction in energy consumption for cleaning parts. At the same time, a decrease in the work function of the electrons and the ionization potential of the PRT leads to a decrease in temperature in the cathode spots, and, consequently, to a decrease in the heating of the part being cleaned. A decrease in the surface temperature of the part being cleaned is also caused by the fact that the cathode spots mainly move along the still unpurified sections of the surface, since the likelihood of them being on the cleaned surface is much less than on the contaminated one, in which atoms of alkali metal oxide, alkali metal oxide, and rare-earth metal are embedded in the form or in the form of chemical compounds.
Для применения этого способа очистки поверхности в вакууме и при атмосферном давлении на воздухе необходимо в зоне электрических разрядов создать защитную или защитно-восстановительную атмосферу. Для этого вместе с ЩМ, ЩЗМ и РЗМ в чистом виде или в виде химических соединений на поверхность изделия наносят газообразующие покрытия по аналогии, как это делают при нанесении обмазок на сварочные электроды (С.И.Думов, Технология электрической сварки плавлением, Л., «Машиностроение», 1978 г., с.73).To apply this method of cleaning the surface in vacuum and at atmospheric pressure in air, it is necessary to create a protective or protective-reducing atmosphere in the zone of electric discharges. To do this, together with SHM, SHCHZM and REM in pure form or in the form of chemical compounds, gas-forming coatings are applied to the surface of the product by analogy, as is done when applying coatings to welding electrodes (S.I. Dumov, Technology of fusion electric welding, L., "Engineering", 1978, p.73).
В экспериментальной лаборатории АОЗТ «Кластер» (г.Санкт-Петербург) подтверждена возможность и эффективность предлагаемого способа. В экспериментах проводилась электродуговая очистка стальной (ст.45) катанки диаметром 5,5 мм и стальной ленты шириной 200 мм и толщиной 2,5 мм. На катанке и стальной ленте исходным загрязнением была прокатная окалина Fe3O4 и местами ржавчина Fe2О3. Очистка катанки и стальной ленты проводилась при перемотке последних в вакуумной камере при давлении 10-2 мм рт.ст. Ток в дуге при очистке катанки без покрытий составлял 600 ампер при падении напряжения 22 вольта. При очистке стальной ленты без покрытия ток составлял 800 ампер при падении напряжения в дуге 24 вольта. Температура катанки после очистки составляла 180°С, а температура стальной ленты 220°С.In the experimental laboratory of AOZT "Cluster" (St. Petersburg), the possibility and effectiveness of the proposed method is confirmed. In the experiments, electric arc cleaning of a steel (st. 45) wire rod with a diameter of 5.5 mm and a steel tape 200 mm wide and 2.5 mm thick was carried out. On wire rod and steel tape, the initial pollution was mill scale Fe 3 O 4 and in some places rust Fe 2 O 3 . The wire rod and steel tape were cleaned by rewinding the latter in a vacuum chamber at a pressure of 10 -2 mm Hg. The current in the arc when cleaning the wire rod without coatings was 600 amperes at a voltage drop of 22 volts. When cleaning a steel strip without coating, the current was 800 amperes with a voltage drop of 24 volts in the arc. The temperature of the wire rod after cleaning was 180 ° C, and the temperature of the steel strip 220 ° C.
В сравнительных экспериментах с покрытиями использовались щелочь КОН и известковый раствор Са(ОН)2 - Опытные образцы бунтов катанки смачивались щелочью КОН, а стальная лента - известковым раствором. Перед очисткой образцы высушивались. В качестве газообразующих покрытий наносили вакуумное масло ВМ-3. Результаты экспериментов по очистки катанки с покрытием КОН при токе 600 ампер показали снижение падения напряжения в разряде до 17 вольт и температуры после очистки до 70-80°С, а чистка стальной ленты с покрытием Са(ОН)2 при токе 800 ампер показала, что падение напряжения в дуге снизилось до 18 вольт, а температура не превышала 80-100°С. При этом отмечено увеличение производительности очистки до 20%.In comparative experiments with coatings, KOH alkali and Ca (OH) 2 lime mortar were used. Prototypes of wire rod riots were wetted with KOH alkali, and a steel strip with lime mortar. Before cleaning, the samples were dried. As gas-forming coatings, a VM-3 vacuum oil was applied. The results of experiments on cleaning a wire rod with a KOH coating at a current of 600 amperes showed a decrease in the voltage drop in the discharge to 17 volts and the temperature after cleaning to 70-80 ° C, and cleaning a steel strip coated with Ca (OH) 2 at a current of 800 amperes showed that the voltage drop in the arc decreased to 18 volts, and the temperature did not exceed 80-100 ° C. At the same time, an increase in cleaning performance up to 20% was noted.
Таким образом, в экспериментах доказано, что предлагаемый способ электродуговой очистки поверхности металлических изделий позволяет существенно снизить стоимость (энергозатраты на очистку снизились на 23-25%) очистки, увеличить производительность и снизить нагрев металла до 80-100°С.Thus, in the experiments it was proved that the proposed method of electric arc cleaning of the surface of metal products can significantly reduce the cost (energy consumption for cleaning decreased by 23-25%) cleaning, increase productivity and reduce metal heating to 80-100 ° C.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007107061/02A RU2347010C2 (en) | 2007-02-19 | 2007-02-19 | Method for electroarc cleaning of metal product surfaces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007107061/02A RU2347010C2 (en) | 2007-02-19 | 2007-02-19 | Method for electroarc cleaning of metal product surfaces |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007107061A RU2007107061A (en) | 2008-08-27 |
| RU2347010C2 true RU2347010C2 (en) | 2009-02-20 |
Family
ID=40531954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007107061/02A RU2347010C2 (en) | 2007-02-19 | 2007-02-19 | Method for electroarc cleaning of metal product surfaces |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2347010C2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE202015009154U1 (en) | 2015-10-21 | 2016-12-08 | OOO Gazprom transgaz Sankt Petersburg | Apparatus for arc plasma surface cleaning of metal products and a device therefor |
| RU2689343C2 (en) * | 2017-07-05 | 2019-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") | Multilayer thermoemissive protective coating for part from heat-resistant alloy |
| RU2784636C1 (en) * | 2022-07-31 | 2022-11-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) | Method for cleaning iron electrode surface from oxides |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TR202100753A2 (en) * | 2021-01-19 | 2021-02-22 | Ahmet Ferhat Akguengoer | SYSTEM AND METHOD OF PROVIDING STEEL WIRE SURFACE CLEANING ON APPARATUS USED FOR EFFECTIVE CLEANING BEFORE STEEL WIRES AND GALVANIZED COATING |
-
2007
- 2007-02-19 RU RU2007107061/02A patent/RU2347010C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE202015009154U1 (en) | 2015-10-21 | 2016-12-08 | OOO Gazprom transgaz Sankt Petersburg | Apparatus for arc plasma surface cleaning of metal products and a device therefor |
| DE102015117888A1 (en) | 2015-10-21 | 2017-04-27 | OOO Gazprom transgaz Sankt Petersburg | A method for arc plasma surface cleaning of metal products and a device therefor |
| RU2689343C2 (en) * | 2017-07-05 | 2019-05-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") | Multilayer thermoemissive protective coating for part from heat-resistant alloy |
| RU2784636C1 (en) * | 2022-07-31 | 2022-11-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) | Method for cleaning iron electrode surface from oxides |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007107061A (en) | 2008-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100393914C (en) | Plasma treatment for purifying copper or nickel | |
| EP0885981B1 (en) | Process and apparatus for treating substrates by means of ions produced by low voltage arc discharge | |
| RU2347010C2 (en) | Method for electroarc cleaning of metal product surfaces | |
| JP5722768B2 (en) | Plasma process and reactor for treating metal parts | |
| KR102689689B1 (en) | No corrosion resistance | |
| RU2422227C2 (en) | Method and device for continuous plasma processing of materials, in particular, to remove scale from continuously cast billet | |
| EP3036353B1 (en) | Coating containing macroparticles and cathodic arc process of making the coating | |
| EP3570973A1 (en) | Additive manufacturing process | |
| JP6696991B2 (en) | Plasma process and reactor for thermochemical treatment of the surface of metal pieces | |
| CN106958003A (en) | Coil case cold-plasma surfaces treated method and device | |
| Fadeev et al. | Cleaning of the dielectric surfaces using a controlled gas-discharge source of fast neutral particles | |
| RU2640703C2 (en) | Method of local processing steel articles under ionic nitrogen in magnetic field | |
| CN109022792B (en) | Treatment method of target material to be treated | |
| Takeda et al. | Surface modification by cathode spots of a vacuum arc | |
| RU2814588C1 (en) | Method for preparing surface of metal products before applying coatings | |
| RU2457282C1 (en) | Method of processing part surface by arc discharge in vacuum and device to this end | |
| Moldahmetova et al. | Vacuum-arc technology and equipment for cleaning and surface treatment of metal products operating under load | |
| KR20100116618A (en) | A method for the production of cubic boron nitride-containing films | |
| Kovtun et al. | Investigation of the influence of Ar pressure on vacuum-arc plasma with Cr-, Cu-, and Zr-cathodes | |
| RU2139151C1 (en) | Method of cleaning of metal surfaces and device for its embodiment | |
| JPS6065796A (en) | Hard carbon film and its production | |
| RU2622549C2 (en) | Method of producing coatings of titanium carbide on the inner surface of copper anode of transmitting tube | |
| RU2181636C2 (en) | Method and device for vacuum-arc cleaning of wire | |
| Santos et al. | Oil removal and nitriding of sintered parts using a DC discharge | |
| RU2544961C2 (en) | Method for treatment of metal parts and device for its realisation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20111003 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180220 |