ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ РУЧНОЙ СВАРКИ

Способы снижения активности (пассивирование) порошковых материалов

Известно, что многие материалы, применяемые в качестве ком­понентов покрытия электродов, взаимодействуют с водными рас­творами жидкого стекла, обладающими щелочной реакцией. В пер­вую очередь это относится к таким металлам и ферросплавам, как ферросилиций, малоуглеродистый и среднеуглеродистый ферро­марганец, металлический марганец, мелкодисперсный алюминий, кремнистая медь и др., реагирующим с жидким стеклом с выделе­нием водорода (рис. 56) и теплоты [40]. Активность перечисленных материалов зависит от их химического состава и способа производ­ства. Например, активность ферросилиция возрастает по мере уве­личения содержания в нем кремния. При содержании кремния 25-30% он практически весь находится в виде силицидов железа (FeSi), поэтому активность ферросилиция невелика. По мере уве­личения содержания кремния активность ферросплава непрерывно растет, и при содержании кремния 75% (марка ФС 75) его приме­нение в покрытиях практически невозможно.

В результате реакций, протекающих между жидким стеклом и активными материалами, обмазочная масса теряет рабочие свой­ства, быстро твердеет и вспучивается, а покрытие, нанесенное на стержень, вспухает. По этой причине прочность покрытия резко падает и не отвечает требованиям стандарта, ухудшаются сварочно­технологические свойства электродов.

Степень взаимодействия зависит не только от химического со­става применяемого материала. Она в большей степени определя-

ется его гранулометрическим составом, а также модулем (см. гл. 7) применяемого жидкого стекла. Чем тоньше измельчен материал, тем более развита поверхность его взаимодействия с жидким стек­лом. Чем ниже модуль жидкого стекла, тем больше его щелочность и, следовательно, выше его химическая активность. Повышение температуры также способствует развитию соответствующих химических реакций.

Методика определения активности порошковых материалов и растворов жидкого стекла тождественна, только для порошков используют выдержанные эталонные растворы связующего.

Предварительной обработкой порошковых материалов можно снизить их активность при взаимодействии с растворами жидкого стекла. К таким способам обработки относят: водный способ пасси­вирования, при котором порошковый материал обрабатывают во­дой, а лучше — водным раствором сильных окислителей; пассиви­рование нагревом порошковых материалов в окислительной атмо­сфере; длительную выдержку измельченного материала до его ис­пользования.

Пассивирование активных материалов водным раствором сильных окислителей. Этот способ широко применяют на практи­ке, он обеспечивает удовлетворительные результаты.

В качестве окислителей используют марганцевокислый калий КМп04 (перманганат калия) и двухромовокислый калий К2Сг207 (хромпик). Растворимость этих реагентов пропорционально зави­сит от температуры. Растворимость перманганата калия в воде при 20 °С составляет 6%, а хромпика — 11,1%.

Эти оксиды диссоциируют в водном растворе с образованием ионов кислорода, которые окисляют поверхность частиц материа­ла, снижая тем самым их активность в среде жидкого стекла. Обыч­но обработку порошков растворами окислителей проводят в про­тивнях. Режимы обработки ферромарганца, металлического мар­ганца, ферросилиция, кремнистой меди приведены ниже.

Режимы пассивирования сильными окислителями

Толщина слоя обрабатываемого материала, мм.................... 50-60

Слой раствора над материалом (после перемешивания), мм.. 10

Температура раствора, °С............................................................ 60-80

Время обработки, ч.............................................................................. 2-3

Температура сушки материала

после слива избытка раствора, °С....................................... 100.. 110

Продолжительность процесса................... До полного высыхания

В процессе влажной обработки могут выделяться вредные газы. Поэтому обработку порошков хромпиком или марганцевокислым калием и сушку влажного материала необходимо производить в помещениях, оборудованных приточно-вытяжной вентиляцией. Пользование открытым огнем в местах обработки материала запрещено.

Часто вместо снижения активности порошковых материалов снижают активность раствора жидкого стекла, для чего в него вво­дят раствор хромпика или марганцевокислого калия. Хромпик вво­дят в автоклав в процессе разварки силикатной глыбы из расчета 3 кг хромпика на 1 т глыбы. Иногда раствор марганцевокислого ка­лия вводят в жидкое стекло непосредственно во время приготовле­ния обмазочной массы. Количество раствора зависит от характери­стик жидкого стекла, состава покрытия и может колебаться от 5 до 10 см3 на 1 л жидкого стекла.

Однако в современных условиях использование хромпика не может быть рекомендовано, в первую очередь по экологическим соображениям. Кроме того, на практике при пассивировании неко­торых партий ферросилиция его активность не только не подавля­лась присадкой хромпика в жидкое стекло, но даже существенно возрастала |41].

Пассивирование материала нагревом. При сравнительно дли­тельном нагреве порошков активных ферросплавов в атмосфере воздуха поверхность их частиц окисляется. Толщина оксидной пленки весьма мата и измеряется тысячными долями миллиметра, но и этого бывает достаточно для весьма существенного снижения активности ферросплавов в среде жидкого стекла. Тепловой способ обработки порошковых материалов позволяет механизировать процесс, что дает возможность оздоровить условия труда и стаби­лизировать параметры обработки порошковых материалов. Пасси­вирование нагревом наиболее целесообразно производить в му­фельной вращающейся печи с внешним подогревом при слое мате­риала до 40 мм, времени нахождения при рабочей температуре, со­ставляющей 600-650 °С для ферросилиция и 350-380 °С для фер­ромарганца и марганца металлического, 12-16 мин.

В процессе пассивирования в муфельной печи при ее вращении материал непрерывно перемещается, что обеспечивает равномер­ность тепловой обработки. Заданные режимы времени тепловой обработки проще всего регулировать наклоном муфеля. Чем боль­ше угол его наклона, тем меньше время пребывания материала в муфеле. Активность материалов после их обработки по указанным режимам снижается более чем в три раза.

Снижение активности материалов в процессе их длительного вылеживания. Практикой установлено, что свежеизмельченные порошковые материалы отличаются особенно высокой химической активностью в среде жидкого стекла. Это относится не только к уже перечисленным активным материалам, но и к таким, казалось бы, инертным материалам, как мрамор. Снижение активности фер­росилиция, ферромарганца и других ферросплавов и металлов можно объяснить их медленным пассивированием кислородом воз­духа. Однако снижение активности мрамора и улучшение опрессо - вываемости электродов с основным покрытием после вылежива­ния мрамора в течение 7-10 сут этим объяснить нельзя.

Рядом электродных производств рекомендованы технологичес­кие параметры выдержки мрамора и ферросилиция, обеспечиваю­щие снижение активности и облегчение опрессовки электродов: минимальная длительность выдержки соответственно 30 и 7 сут при максимальной толщине слоя материала 40 см. Для ферросили­ция пассивирование вылеживанием рекомендуют только, если нельзя применить другие способы.

Следует отметить, что успешная работа заготовительного отде­ления во многом определяется рациональным выбором и размеще­нием оборудования. В качестве примера приведем организацию за­готовительного отделения в Дубровицком ООО «Агротехсервис», где проходят переработку более 80 материалов при их общих невы­соких объемах потребления и технологических запасов [42].

В схеме переработки (рис. 57) принята контейнерная система межоперационной передачи и хранения подготовленных материа­лов. Технологический контейнер с саморазгрузочным конусным затвором 2 вместимостью 150 дм3 проходит путь от загрузки куско­вых или порошкообразных материалов до весовой системы 10. Вто­рая группа контейнеров-смесителей используется от весовой до смесителей мокрого смешивания. Оставшиеся порошки или их смеси для изготовления данной марки материала могут храниться в номерных контейнерах. Как показал опыт работы при этой схеме, практически нет ручной переработки порошков, а подготовка (раз­мол, просев, взвешивание шихты) обеспечивает качественные по­казатели и исключает обезличивание материалов. В подготови­тельном отделении установлено шесть шаровых мельниц 7 с непре­рывным просевом, сблокированных с контрольными виброситами

бункеров 9, шесть сит 8 для контрольного просева сыпучих мате­риалов и установка автоматического дозирования материалов по заданной рецептуре. Количество мельниц и сит выбрано из усло­вия исключения случайного загрязнения одних материалов дру­гими. Материалы с высоким содержанием углерода или бора пере­рабатывают на отдельных линиях.