ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ РУЧНОЙ СВАРКИ

Взаимодействие растворов жидкого стекла с компонентами электродных покрытий

Следствием химической активности жидкого стекла является его взаимодействие с многими материалами, применяемыми в ка­честве компонентов электродных покрытий. Мерой химической активности может служить значение pH, зависящее от концентра­ции ионов водорода. Однако практическое определение величины pH в среде жидкого стекла затруднено в связи с налипанием на регистрирующие элементы измеряющего прибора коллоидных частиц жидкого стекла.

Практикой работы МОСЗ установлено, что относительной ме­рой химической активности испытуемого раствора жидкого стекла может служить количество газа, выделяющегося при взаимодейст­вии его с навеской ферросилиция марки ФС45, принятого за эта­лон. Для этой цели свежеизмельченный ферросилиций, прошедший через сито № 0315 и оставшийся на сите № 02 (-315+02), в количе­стве 5 г насыпают в пробирку и заливают 10 см3 испытуемого жид­кого стекла. Ферросилиций тщательно перемешивают с жидким стеклом, после чего пробирку плотно закрывают пробкой со встав­ленной в нее стеклянной трубкой с резиновым шлангом. Пробирку помещают в термостат, предварительно нагретый до температуры 80 °С. Свободный конец резинового шланга подводят под бюретку, заполненную водой. В результате взаимодействия кремния ферро­силиция с щелочью жидкого стекла протекает реакция с выделени­ем водорода: Si + 2NaOH + Н20 = Na2Si03 + 2Н2. Выделяющийся водород собирается в бюретке. Активность жидкого стекла оценива­ют количеством газа, выделяющегося в течение 10 мин при 80 °С.

Следует еще раз отметить, что определение химической актив­ности жидкого стекла носит относительный характер, так как коли­чество выделенного водорода зависит не только от активности жидкого стекла, но также от активности ферросилиция, принятого в качестве эталона.

При эталонном жидком стекле может быть определена относи­тельная активность порошков компонентов покрытий.

В результате взаимодействия жидкого стекла с материалами покрытий электродов обмазочные массы теряют пластичность, за­трудняется или становится невозможной опрессовка электродов; покрытие поражается трещинами, становится хрупким, а иногда и вспухает. В процессе сушки и прокалки на покрытии электродов также возможно появление выколов и других дефектов. Степень взаимодействия зависит от состава и характеристик растворов жидкого стекла, для порошкообразных материалов — от их состава, крупности и состояния поверхности, а для ряда материалов, в т. ч. карбонатов, — от их минералогического происхождения. Во всех случаях степень взаимодействия растет с увеличением температу­ры и времени. Из применяемых в производстве ферросплавов и ме­таллических порошков, кроме ферросилиция, активны алюминий, малоуглеродистый ферромарганец и металлический марганец, при взаимодействии с которыми могут, как и с ферросилицием, проте­кать реакции с выделением водорода. И все же наиболее высокой активностью в среде жидкого стекла обладает ферросилиций, именно по этой причине он выбран в качестве эталонного материа­ла в методике определения активности жидкого стекла.

Поскольку на железо и его силицид (FeSi) растворы едких ще­лочей не действуют, взаимодействие происходит лишь с кремнием.

Например, содержание в 45%-м ферросилиции свободного крем­ния, не вступившего в соединение с железом, составляет около 5%. При прочих равных условиях большей активностью будет обладать ферросилиций, содержащий большее количество свободного крем­ния. По этой причине ферросилиций марки ФС 75 не может быть использован для производства электродов. Для одного и того же сплава степень взаимодействия определяет модуль раствора жид­кого стекла. Она возрастает по мере снижения последнего.

Помимо активности сплавов, большое влияние на процесс газо - выделения оказывает крупность ферросплавов. Дело в том, что ре­акция между жидким стеклом и порошком ферросплава протекает на поверхности их контакта. Поэтому, чем мельче ферросплав, тем больше величина поверхности и тем более активно протекает реак­ция взаимодействия.

Известно, что в некоторых случаях под действием влаги сплавы, содержащие в своем составе фосфор, выделяют обладающий специ­фическим запахом ядовитый фосфористый водород, который может вызвать отравление. Свойство высококремнистых сплавов разлагать­ся под действием влаги (в т. ч. и атмосферной) необходимо учиты­вать при организации хранения кускового и особенно измельченно­го сплава, обеспечивая тщательное вентилирование мест хранения.

Присутствие фосфора и в марганце также может привести к вы­делениям фосфористого водорода. Поэтому при организации хра­нения ферромарганца необходимо выполнять те же меры безопас­ности, что и при хранении ферросилиция. Значительно менее ак­тивными являются высокоуглеродистые сорта ферромарганца.

Взаимодействие с водой и растворами жидкого стекла металли­ческого "марганца и ферромарганца может быть представлено в об­щем виде уравнением Мп + 2Н20 = Мп(0Н)2 + Н2. Наличие при­месей кремния и алюминия активизирует реакцию. Взаимодейст­вие алюминия с растворами жидкого стекла может быть описано уравнением 2ROH + 2А1 + 2Н20 = 2RA102 + ЗН2.

С понижением модуля раствора реакции со всеми металлами и сплавами активизируются. Активность таких реакций зависит от состояния поверхности порошков и может быть снижена длитель­ным их выдерживанием или специальной обработкой.

Металлы, стойкие против воздействия щелочей, стойки и про­тив действия растворов жидких стекол — железо, хром, кобальт, никель, вольфрам. Малоактивны и сплавы железа с титаном, бо­ром, молибденом, ниобием, хромом.

Разрушительно действует на растворы жидкого стекла присут­ствие электролитов, например наличие в молибденовом порошке даже незначительного количества молибдата аммония, связанное с технологией получения данного порошка. Активно могут взаимо­действовать с растворами жидкого стскла измельченные минералы, руды и концентраты. Следует учитывать рост активности свежеиз - мельченных порошковых материалов, у которых нарушены меж - кристаллические и межмолекулярные связи, что можно наблюдать по ярко выраженной щелочной реакции дистиллированной воды, в которую помещен, например, свежеизмельченный мрамор.

Взаимодействие углекислоты воздуха с растворами жидкого стекла может протекать по схеме CC^ + I^O-mSiC^-t^C^ R2C03 + mSi02 ■ Н20. С ростом модуля жидкого стекла ускоряется процесс его разрушения.

Взаимодействие может быть вызвано также наличием следов различных активных технологических добавок, применяемых в процессе обработки материалов. Например, при использовании концентратов, полученных флотационной обработкой, разрушаю­щее действие на растворы жидкого стекла могут оказать следы флотореагентов.

Изложенное показывает, что одной из мер стабилизации про­цесса изготовления электродов является применение оптимально измельченных и выдержанных материалов, а также контроль их качества.