Очистка деталей в расплавах солей и щелочей

Очистка деталей в расплавах солей и щелочей широко применяется в машиностроении для удаления окалины и пригара. Для ремонтного производства этот способ очистки деталей новый, по производительности и качеству очистки — превосходящий все известные в настоящее время способы удаления нагара и накипи.

Сущность способа очистки деталей в расплаве солей, разработанного в ГОСНИТИ к.т.н. Б. Б. Нефедовым и В. П. Пименовым, заключается в обработке деталей в расплаве, содержащем 65% едкого натра, 30% азотнокислого и 5% хлористого натрия при температуре 400±10 °С. Отложения нагара в расплаве полностью окисляются, а накипь в результате объемных и структурных изменений компонентов, ее составляющих, разрушается. Одновременно удаляются продукты коррозии и окалина. Детали получают пассивирующую обработку.

Исследованиями установлено, что наилучшими очищающими свойствами обладает расплав, состоящий из едкого натра (NaOH) и азотнокислого натрия. Полнота удаления накипи и интенсивность удаления нагара в щелочно-селитровой композиции зависят от состава и температуры расплава (рис. 59). При постоянной температуре кинетика реакций расплава с отложениями нагара и накипи определяется явлениями химического взаимодействия.

В щелочно-селитровом расплаве происходит полное окисление органической части нагара селитрой и связывание выделяющейся двуокиси углерода едким натром с образованием углекислого натрия. Основная составляющая неорганической части нагара — окисел железа—растворяется, образуя феррит натрия, в результате взаимодействия которого с двуокисью углерода получается углекислый натрий и взвешенная окись железа; двуокись кремния переходит в силикат натрия. В результате полного окисления органической части нагара, а также объемного и структурного изменений в его неорганической части происходит разрушение нагара.

Рис. 59. Влияние состава щелочно-селитрового расплава на степень удаления накипи у и интенсивность удаления нагара К при температуре: 340; 2 — 400 ; 3 — 450 °С

Карбонат и силикат натрия вместе с неиспользованной частью едкого натра, нитрата и нитрита натрия образуют расплав, в который переходят и некоторые сульфаты, а нерастворимые в расплаве окись железа, часть окиси алюминия и алюмосиликатов составляют шлам.

Рабочий диапазон концентраций компонентов выбран в области наибольшего воздействия расплава на накипь. При этом обеспечивается достаточная для производственных целей интенсивность удаления нагара.

Исследования позволили рекомендовать следующий состав расплава: едкий натр—60—70, азотнокислый натрий — 35—25 и хлористый натрий — 5%. Введение хлористого натрия позволило повысить текучесть расплава и снизить потери, связанные с уносом расплава на деталях. Одновременно повысилась интенсивность удаления загрязнений вследствие увеличения скорости диффузионных процессов. Очищающая спо-со бно сть р еко м ен дав анн ого состава в зависимости от температуры представлена на рис. 60.

Рис. 60. Влияние температуры расплава на степень удаления накипи у и интенсивность удаления нагара К

Технологический процесс очистки включает четыре операции: обработку в расплаве, промывку в проточной воде, травление в кислотном растворе и вторую промывку в горячей воде.

Перед погружением в соляную ванну детали с целью устранения на них влаги выдерживают 1—2 мин над поверхностью расплава. При погружении деталей расплав бурлит, выделяются клубы черного дыма, над поверхностью появляются языки пламени. Прекращение этих явлений свидетельствует об окончании процесса. В соляной ванне происходит полное удаление нагара, большого количества накипи и других загрязнений. После 5—10-минутной обработки в расплаве детали погружают в ванну с проточной водой. Бурное парообразование способствует быстрому растворению остатков солей и щелочей. Пар разрушает также разрыхленные в расплаве слои окалины и ржавчины и «смывает» оставшееся разрыхленные частицы накипи. Время промывки 5 — 6 мин.

Из ванны с проточной водой детали поступают в ванну с кислотным раствором. Здесь производится ней—трализация щелочи, оставшейся после промывки деталей в проточной воде, полное удаление окислов и осветление поверхностей деталей.

Для очистки деталей из чугуна и стали их обрабатывают в 50-процентном растворе ингибированной соляной кислоты. Продолжительность травления — 5—6 мин при температуре раствора 50—60 °С. Затем детали промывают в растворе, содержащем кальцинированную соду (3—5 г/л) и тринатрийфосфат (1,5—2 г/л), при температуре 80—90°С в течение 5—6 мин.

Если одновременно обрабатывают детали из черных металлов и алюминиевых сплавов, для приготовления травильного раствора в воду добавляют фосфорную кислоту (85 г/л) и хромовый ангидрид (125 г/л). Продолжительность травления 5—6 мин при температуре раствора 85—95 °С. Окончательную промывку производят в течение 5—6 мин в чистой горячей воде при температуре 80—90 °С.

Обработка деталей из алюминиевых сплавов после промывки в ванне с проточной водой осуществляется в 10-процентном растворе азотной кислоты при температуре 20°С в течение 5—6 мин.

Наибольший эффект очистки достигается при перемещении деталей в процессе их обработки, промывки и травления.

Обработка в расплаве солей с температурой до 450 °С не вызывает деформации и изменений ни микроструктуры, ни физико-механических свойств большинства обрабатываемых деталей. Исключение составляют гильзы цилиндров двигателя СМД-14 и детали из термоупрочненных алюминиевых сплавов, например, головки цилиндров двигателей ГАЗ-53. Твердость этих деталей при обработке в расплаве несколько уменьшается. Твердость зеркала гильз цилиндров снижается на 20—25%, а алюминиевых сплавов (АЛ-10В)—па 10—25%.

Для очистки деталей автотракторных двигателей от нагара и накипи в расплаве солей ЦОКТБ ГОСНИТИ разработаны установки ОМ-4265П (рис. 61) и ОМ-4944 (рис. 62).

Установка ОМ-4265П состоит из четырех ванн—-по одной для расплава солей и раствора кислоты и двух промывочных, закрытых общим кожухом, — системы отсоса газов, подъемно-транспортного оборудования и электрошкафа.

Соляная ванна вмещает 1 т расплава. Время нагрева расплава от 20 °С до рабочей температуры (400±10 °С) составляет около 6 ч. Ежедневное время разогрева расплава — около 3 ч (температура расплава между рабочими сменами снижается с 400 до 250 °С). С целью экономии электроэнергии и времени на разогрев расплава до рабочей температуры целесообразно включать тумблер автоматического регулирования температуры расплава (нагрев соляной ванны) в ванне и выключать в конце рабочей недели.

Для удаления оседающего на дно ванны шлама в ней установлены два поддона. Необходимая температура поддерживается при помощи трубчатых электронагревателей системы регулирования. Остальные три ванны сварены из листовой стали и имеют одинаковые размеры 1440X1200X1200 мм. Кислотный раствор и воду для ополаскивания во второй промывочной ванне подогревают паром через теплообменники. Кожух, изготовленный из листовой стали, защищает оператора от брызг и вредных испарений. Для наблюдения за процессом очистки кожух снабжен четырьмя смотровыми люками. Установка укомплектована корзинами для мелких деталей и подвесками для головок цилиндров и блока цилиндров двигателя ГАЗ-51.

Рис. 61. Схема установки ОМ-4265П ГОСНИТИ для очистки деталей от нагара и накипи в расплаве солей: 
1 — ванна с расплавом; 2 — ванна для проточной воды; 3 — ванна кислотного травления; 4 — ванна с пассивирующим раствором; 5 — кожух установки; 6 — очищаемые детали; 7 — электроталь; 8 — подвеска

Рис. 62. Схема установки ОМ-4944 ГОСНИТИ: 
1 — секция с расплавом; 2 — рама; 3 — пульт управления; 4 — секция проточной воды; 5 — секция для кислотного травления; 6 — секция пассивации; 7 и S — колонны транспортера; 9 — светильники; 10 — щель; 11 — контейнеры с деталями; 12 — электроталь; 13 — смотровое окно; 14 — кольцевой монорельс

Загрузка, выгрузка и перемещение деталей из одной ванны в другую осуществляется электротельфером через два люка с качающимися дверьми и продольную щель в крышке кожуха. Один люк расположен над соляной ванной, а другой — над ванной с горячей водой.

Установка оборудована системой отсоса газов и паров, состоящей из вентилятора и воздухопровода, что обеспечивает оператору нормальные условия работы. На лицевой панели электрошкафа размещены приборы для контроля и регулирования работы ванн. Установка должна размещаться в разборонно-моечном отделении; она монтируется на полу либо заглубляется, при этом рабочая высота ее должна составлять около 800 мм.

Расход расплава на очистку деталей и потери покрывается путем добавления щелочи и солей. Для пополнения расплава желательно применять чешуйчатый каустик. Едкий натр срабатывается в большей степени, чем азотнокислый натрий. В соляной ванне емкостью 0,5 м3 (1 т расплава) можно обработать 30—40 т деталей с нагаром и накипью без заметного снижения очищающей способности расплава. При годовой программе ремонта 6000—10 000 двигателей себестоимость очистки 1 т деталей в расплаве солей составляет 8—10 руб.

Обслуживание установок с расплавом солей требует особенно тщательного соблюдения правил безопасности. Обслуживающий персонал должен работать в защитных очках с небьющимися стеклами, в брезентовых рукавицах, резиновых сапогах, щелоче- и огнестойкой верхней одежде (комбинезон, фартук). Детали для очистки можно загружать в соляную ванну только после выдержки в течение 1—2 мин над поверхностью расплава (во избежание возможных выплесков), при закрытых смотровых окнах и включенной вентиляции. Загрузку и корректировку состава расплава соляной ванны следует выполнять при температуре расплава не выше 250 °С. Способ очистки деталей в расплаве солей пер. спективный, так как позволяет проводить очистку при высоком уровне механизации и автоматизации, значительно повышает производительность труда и культуру производства. Применение этого способа целесообразно на крупных предприятиях с программой более 5000 двигателей в год.