ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ РУЧНОЙ СВАРКИ

Требования, предъявляемые к обмазочной массе

Наиболее экономично и производительно изготовление элект­родов в непрерывном потоке: опрессовка сушка - прокалка, с высо­кими скоростями, практически доходящими до 1000-1200 шт./мин. Это возможно лишь при условии, что наносимая на электродные стержни обмазочная масса имеет определенные свойства, основны­ми из которых являются:

• высокая пластичность, т. е. способность истекать из головки пресса с постоянной скоростью, обеспечивая равномерное рас­положение покрытия на электродных стержнях;

• способность сохранения пластичности в течение достаточно дли­тельного времени, как минимум, потребного на цикл опрессовки;

• способность обеспечивать достаточно высокую прочность и твердость сырого покрытия, позволяющие транспортировать электрод и зачищать его концы без повреждения покрытия;

• способность обеспечивать устойчивость сырого покрытия про­тив размягчения, вспухания, а также против сминания под соб­ственной тяжестью на транспортерных цепях при нагреве в зонах сушки конвейерной печи;

• способность обеспечивать стойкость электродного покрытия против образования трещин в процессе сушки-прокалки;

• способность обеспечивать хорошую сцепляемость покрытия со стержнем, высокую прочность и требуемую влажность покры­тия готовых электродов.

Отметим, что перечисленные требования, предъявляемые к об­мазочной массе, не могут быть обеспечены за счет какого-либо единственного фактора, например, подходящей характеристики жидкого стекла или выбора пластифицирующей добавки и т. п. Существует несколько факторов, влияющих на рабочие характери -

стики обмазочных масс, и в первую очередь: гранулометрический состав основных компонентов сухой шихты; вид и количество при­меняемых пластификаторов; характеристика применяемого жидко­го стекла; технология приготовления обмазочной массы.

Выбор конкретных параметров, характеризующих перечислен­ные факторы, производят с учетом их совместного действия на ра­бочие свойства обмазочной массы. Поэтому отступление от требова­ний к какому-либо из них может снизить рабочие свойства обмазоч­ной массы и привести к браку электродной продукции. Сказанное в равной степени относится и к технологии приготовления обмазоч­ной массы. При внешней простоте эта операция весьма ответственна.

Гранулометрический состав компонентов сухой шихты. При выдавливании из цилиндра отдельные слои обмазочной массы в поперечном сечении приобретают форму параболоида вследствие их торможения у стенок цилиндра. С уменьшением диаметра ци­линдра градиент скоростей возрастает. При этом известно, что ис­течение обмазочной массы под давлением происходит отдельными элементарными слоями, параллельными направлению течения [72]. Каждый последующий слой скользит по предыдущему (рис. 91). Это может происходить сравнительно легко при опреде­ленном соотношении диаметров d тонких фракций твердых частиц, поверхность которых обеспечивает сравнительно прочую связь с пленкой жидкого стекла, и собственно толщины пленки 5 жидкого стекла. При этом должно соблюдаться приближенное соотношение d < 135. При больших размерах частицы заклинивает, и течение об­мазочной массы затрудняется. Дополнительным условием являет­ся значение pH водных суспензий тонких фракций, близкое к 7.

Если в обмазочную массу, составленную из частиц с диаметром d < 136, способную сравнительно легко истекать из головки пресса,

добавить до примерно 60% (по объему) крупных фракций с диамет­ром D~10d, введя определенное количество жидкого стекла, то обма­зочная масса также будет истекать послойно. Однако в этом случае толщина движущегося слоя будет равна диаметру крупных частиц D (рис. 92). При наличии одних крупных частиц с диаметром, равным D, течение массы было бы невозможно. Из изложенного видно, что обмазочная масса способна к истечению при наличии определенного количества тонких пылевидных фракций. Если шихта состоит толь­ко из таких фракций, то для приготовления обмазочной массы по­требуется слишком большое количество жидкого стекла. Это связа­но с необходимостью нанесения пленки жидкого стекла на большую поверхность, равную сумме поверхностей всех тонких фракций.

Установлено, что твердость обмазочной массы, составленной из одних пылевидных фракций, недостаточна для механизированного производства электродов (появляются вмятины от конвейерных це­пей). Поэтому желательно, чтобы содержание тонких фракций не превышало примерно 35% по объему от общего количества сухой шихты. Однако для рутиловых покрытий, содержащих значитель­ное суммарное количество таких пластификаторов, как электродная целлюлоза, слюда, тальк или каолин, дополнительное введение пы­левидных фракций не является обязательным. В то же время для электродов с покрытием основного вида на базе мрамора и плавико­вого шпата при их изготовлении в непрерывном процессе опрессов - ка-сушка-прокалка требования к подбору грануляции обязательны.

Тонкие фракции ферросплавов и металлов, таких как ферросили­ций, ферромарганец, ферросиликомаргансц, металлический марга­нец, в связи с развитой поверхностью весьма активны в среде жидко­го стекла. Поэтому содержание их пылевидных фракций необходимо ограничивать. И все же один только рациональный подбор грануло­метрического состава компонентов сухой шихты полностью не обес­печивает обмазочную массу с необходимыми рабочими свойствами.

Как уже отмечалось в гл. 6, кроме размеров, важна морфология частиц.

Вид и количество пластификаторов. В настоящее время в элек­тродных производствах применяют следующие пластификаторы: минеральные (слюду, каолин и др.), органические (электродную целлюлозу, карбоксиметилцеллюлозу, декстрин, альгинаты натрия и кальция), химикаты (поташ полутораводный, соду) [73-75].

Слюда при измельчении расслаивается на тонкие гибкие лис­точки, которые располагаются вдоль слоев текущей обмазочной массы, облегчая тем самым скольжение одного слоя по другому. Каолин, представляющий собой тонкий порошок, жирный на - ощупь, заполняет промежутки между соседними слоями обмазоч­ной массы и повышает ее текучесть. Слюду и каолин широко при­меняют не столько как пластификаторы, сколько как шлакообразу­ющие компоненты в рутиловых покрытиях, куда они входят в ко­личестве до 15-20%. Эти компоненты содержат в своем составе конституционную влагу. В процессе плавления электрода она раз­лагается с выделением водорода, переходящего в наплавленный металл. Так как содержание водорода в металле, наплавленном эле­ктродами с основным покрытием, весьма жестко регламентируют, то применение слюды и каолина в покрытии таких электродов строго ограничено пределами, недостаточными для обеспечения высокой пластичности.

Органические пластификаторы, особенно очищенная карбокси­метилцеллюлоза (марка 85С «0») и альгинаты (продукты перера­ботки морских водорослей), и электродная целлюлоза набухают в жидком стекле, образуя скользкие пленки, облегчающие течение обмазочной массы при опрессовке. По этой причине их использо­вание в качестве пластификаторов весьма эффективно. Кроме того, они увеличивают сырую прочность покрытия. Например, при вве­дении 1% карбоксиметилцеллюлозы пластичность обмазочной массы электродов с основным покрытием вполне удовлетворитель­на. Однако даже при низкой вязкости применяющегося жидкого стекла (500 мПа-с) вспухание покрытия при этом в два раза превы­шает максимально допустимое значение. Одновременно отмечены также вмятины от конвейерных цепей при последующей термооб­работке электродов, но, главное, наблюдается существенное повы­шение содержания водорода в наплавленном металле.

Снижение количества органических пластификаторов требует повышения вязкости жидкого стекла, что вызывает еще большее вспухание покрытия электродов. Снижение вязкости жидкого стекла приводит к необходимости введения большего количества пластификаторов. Это сопровождается ростом содержания водоро­да в наплавленном металле до недопустимо высоких значений.

Можно сделать вывод, что повышение рабочих характеристик обмазочных масс электродов с основным покрытием до достаточно высокого уровня только за счет органических пластификаторов не представляется возможным. Сказанное подтверждает многолетняя практика целого ряда электродных цехов.

На электродных производствах, изготовляющих электроды с покрытием основного вида с последующей медленной сушкой на воздухе, в качестве пластификатора с успехом применяют соду (Na2C03) в количестве до 1%. Пластифицирующие действие соды можно объяснить тем, что в процессе приготовления обмазочной массы сода связывает часть воды из жидкого стекла, что приводит к его загустеванию. При опрессовке вода, слабо связанная с содой, отжимается и служит дополнительной смазкой между слоями об­мазочной массы. Пластифицирующий эффект связывают также с образованием в водных растворах щелочных силикатов гидрогеля кремнезема, получающегося при взаимодействии концентрирован­ного раствора кальцинированной соды с жидким стеклом [76]. Од­нако для изготовления электродов в непрерывном процессе такой способ повышения пластичности непригоден. При нагревании све- жеопресованных электродов в конвейерной печи покрытие вспуха­ет на недопустимо большую величину. При этом отмечают, как правило, низкую прочность покрытия после прокалки.

Характеристики жидкого стекла. При изготовлении электро­дов с рутйловым покрытием применяют калиево-натриевое или на­триево-калиевое жидкое стекло в зависимости от требований тех­нической документации к конкретной марке. Как уже отмечалось, в составе покрытия таких электродов содержится большое количе­ство шлакообразующих компонентов, одновременно являющихся пластификаторами. Поэтому для их изготовления в непрерывном процессе достаточно только выбрать характеристику жидкого стек­ла. Длительный опыт массового изготовления электродов показал, что оптимальными для механизированного изготовления в непре­рывном процессе является жидкое стекло с модулем от 2,85 до 3,1 и вязкостью порядка 400-800 мПа-с.

Повышение вязкости жидкого стекла сопровождается увеличе­нием его количества, потребного для приготовления обмазочной

массы, увеличением времени сушки, повышением вспухания по­крытия и, в конечном итоге, некоторым увеличением разбрызгива­ния металла в процессе сварки. Чрезмерное снижение вязкости жидкого стекла приводит к снижению пластических свойств обма­зочной массы, прочности покрытия электродов и в ряде случаев — к появлению трещин на покрытии. Вопрос о причинах возникнове­ния трещин в покрытии электродов очень важен, он будет подроб­но рассмотрен в главе 11.

Электроды с покрытием основного вида предназначены для сварки ответственных и особо ответственных конструкций, в том числе из углеродистых и низколегированных сталей, к которым предъявляют повышенные требования. В частности, как отмеча­лось ранее, это относится к водороду в металле швов, содержание которого не должно превышать 3 см3/100 г. Последнее обстоятель­ство не позволяет применять минеральные и органические пласти­фикаторы в количествах, обеспечивающих необходимые рабочие характеристики обмазочных масс. Оптимизировать технологич­ность последних при изготовлении этих электродов в непрерывном процессе опрессовка-сушка-прокалка только за счет подбора харак­теристик жидкого стекла не удается.

Дополнительное введение в состав покрытия некоторого коли­чества пластификаторов (3% слюды, 0,5% альгината или КМЦ 85/С«0») облегчает опрессовываемость, однако, при конвейерном производстве качество электродов не соответствует высоким тре­бованиям, предъявляемым к электродам этого вида. Решать вопрос изготовления этих электродов в непрерывном потоке следует ком­плексно с учетом необходимости выполнения всех требований, предъявляемых к обмазочной массе.

Для этого можно рекомендовать следующее:

• в составе покрытия должно содержаться 20-30% (по объему) пылевидных фракций, главным образом плавиковошпатового концентрата, а также мрамора и кварца;

• с целью обеспечения высокой скорости сушки в конвейерной печи жидкое стекло (натриевое или натриево-калиевое) должно иметь модуль в пределах 2,85-3,1, вязкость от 400 до 800 мПа-с и плотность 1,45-1,47 г/см3;

• в качестве пластификаторов желательно применение КМЦ мар­ки 85/С «0» и ей аналогичных или смеси кальциевого и натрие­ного альгинатов в количестве до 0,5%. Вместо КМЦ и альгина­тов допускается использование поташа в таком же количестве.