Растворимое и жидкое стекло

Жидкое стекло в электродно-флюсовом Производстве

В электродно-флюсовом производстве жидкое стекло применя­ют в качестве связующего для изготовления керамических не - плавленных флюсов и сварочных электродов.

Керамические флюсы — это смесь порошкообразных компонен­тов, сцементированная связующим веществом или упрочненная спеканием в виде крупки требуемой гранулометрии. Для произ­водства флюсов с применением связующего используют жидкое стекло. В процессе производства таких флюсов (в отличие от плавленных) компоненты не плавятся, исходные компоненты со­храняются, что позволяет вводить в их состав кроме минеральных шлакообразующих веществ порошкообразные металлы, ферро­сплавы, углеродистые вещества, карбонаты и другие материалы. Эта особенность дает возможность обеспечить активное металлур­гическое воздействие на расплавленный в процессе сварки ме­Талл — осуществлять его раскисление, легирование, модифициро­вание и т. д. В качестве связки в шихтах керамических флюсов применяют натриевое жидкое стекло с силикатным модулем 2,6— 2,8, плотностью 1,38—1,48 г/см3. Технологическая схема приго­товления флюсов на жидкостекольной связке включает: приготов­ление порошков из минералов; приготовление жидкого стекла; приготовление флюсовой массы; сушку и прокалку флюса.

Приготовление порошков происходит в следующей последо­вательности: дробление компонентов, промывка щебня на промы­вочной машине для удаления тонкодисперсных примесей, вторич­ное дробление в валковой дробилке до размера кусков 5—10 мМ> подготовленная крупка подвергается сушке в сушильном барабане (до остаточной влажности 1%), после чего поступает в бункера ^ельниц, откуда питателем подается в шаровые мельницы для гонкого измельчения. При размоле ферросплавов их разбавляют инертными материалами — полевым шпатом, плавиковым шпатом, гранитом для исключения возможности образования взрывоопас - ных смесей. Мельница работает в закрытом цикле с сепаратором. Отделение готового продукта происходит в циклоне и рукавном фильтре. Размолотый материал направляется в бункера тонко - іисперсньїх материалов.

J Приготовление жидкого стекла осуществляют во вращающем­ся автоклаве по типовой схеме: загрузка автоклава силикат-глы­бой, подача воды и пара, разваривание глыбы, подача жидкого стекла в отстойник, где жидкое стекло выдерживается 7—10 сут для выделения механических примесей и нерастворимых остатков. После отстойника жидкое стекло подается в бак-смеситель дози­рующей системы.

Для приготовления флюсовой массы по заданной рецептуре составляют сухую смесь компонентов в барабанном смесителе. Флюсовую массу готовят путем перемешивания сухой массы с жид­ким стеклом в бегунах, где материал гранулируется. Сырые грану­лы конвейерным транспортом подают в печь на сушку (прокалку), после чего отделяют от тонких фракций, упаковывают и направ­ляют на склад готовой продукции. Выделенные тонкие фракции

Добавляют в сухую шихту.

Сварочные электроды, изготовляемые с применением в каче­стве связующего жидкого стекла, предназначены для ручной ду­говой сварки. Электрод представляет собой металлический стер­жень с нанесенным на его боковую поверхность специальным по­крытием из различных порошкообразных материалов со связую­щим (жидким стеклом). Требуемый уровень технических свойств электродов определяется составом проволоки, химическим и фа­зовым составом электродной массы, а также составом и свойства­ми применяемого в качестве связующего жидкого стекла, грануло­метрическим составом порошковых компонентов массы, присут­ствием примесных компонентов, тщательностью усреднения массы, соблюдением режимов твердения электродных масс. Порошковые компоненты электродных масс в зависимости от марки и класса электродов включают вещества различной химической природы, такие как мрамор, плавиковый шпат, ферросплавы (ферромарга­нец, ферротитан, ферросилиций, феррованадий и др.), соду, поташ, полевые шпаты, магнезит, порошкообразные металлы, органиче­ские вещества и т. д.

Кроме обеспечения вяжущих свойств, жидкое стекло участвует в формировании химического состава шлака в процессе сварки. Жидкие стекла являются также ионизатором — источником ионов К+ и Na+, требуемых для протекания процесса сварки. Натрие­вое жидкое стекло для производства сварочных электродов долж­но характеризоваться значением силикатного модуля 2,7—3,0.

При нанесении покрытия опрессовкой применяют жидкое стек Ло высокой плотности (« 1,5 г/см3), при нанесении покрытия оку

Іспользуют жидкое стекло меньшей плот - Органических. J---------------- ^ nanpVirvuaPR тем

Ности (1,30—1,35 г/см3), что обеспечивает требуемый уровень ратной воды в обмазочной массе »храняетс^Вр №^сл у чаєві пластичности массы. Наряду с плотностью, важной характернее „ература прокалки электрода ограничена вьюоки^

Кой жидкого стекла для производства электродов является его «ассы, связанными с различием коэфф________________________________________________________________________________________________________ „„„„„

Модуль, а также вязкость жидкого стекла и содержание сухого расширения ее компонентов остатка (т. е. концентрация раствора). Такие характеристики стек­Ла, как плотность, концентрация, модуль и вязкость, связаны меж­ду собой определенными зависимостями (п. 2.3). В соответствии с требованиями технологии сварочных электродов определяющими свойствами жидкого стекла являются в первую очередь вяжущие Свойства (способность образовывать с компонентами массы при ее твердении прочный камень). Наибольшее внимание уделяется Значениям прочности на изгиб, требованиям к прочности на Удар, а также поверхностной прочности (осыпаемости). Важной харак­Теристикой вяжущих свойств жидкого стекла является величина его адгезии к материалу электрода (к металлической проволоке). Кроме вяжущих свойств для технологии электродов существенны также:

Химическая активность жидкого стекла по отношению к компо­нентам массы, определяющая время живучести (сроки схваты­вания массы до ее опрессовки);

Способность жидкого стекла при твердении масс образовывать относительно атмосферостойкий камень (в соответствии с требова­ниями к условиям хранения электродов);

Способность к сравнительно низкому газовыделению (к выделе­нию' паров воды) в процессе сварки;

Обеспечение жидким стеклом термических свойств затвердев­ших масс (сохранение прочности в процессе нагрева электрода при сварке);

Соответствие жидкого стекла сравнительно высокому уровню санитарно-гигиенических требований как при изготовлении элект­родов, так и при сварке;

Относительная недефицитность и дешевизна жидкого стекла. Наиболее реакционными компонентами электродных масс по отношению к жидкому стеклу являются ферросплавы, взаимо­действующие с жидким стеклом с газовыделением, значительным тепловыделением, что ухудшает технологические характеристики масс. Для предотвращения этой реакции поверхность частий ферросплавов пассивируют путем их естественного или искусствен­ного окисления (например, нагрев в окислительной среде, обработ­ка окислителями в водном растворе).

Сушка и прокалка обеспечивают отвердевание жидкого стекла и его переход в водостойкое состояние, при этом удаляется сво­бодная (несвязанная) вода, вода, адсорбированная гелем крем­незема и гидросиликатами, а также частично вода кристалло­гидратов.

_ 1 U|<1<" .

Jy

0,2

Химически стойкие бетоны на жидком стекле (плотные поли­мерсиликатные бетоны), предназначенные для работы в условиях воздействия разбавленных и концентрированных минеральных кислот (азотной, серной, соляной, фосфорной), органических кислот (молочной, лимонной) характеризуются коэффициентом химиче­ской стойкости Кх. с>0,7; в водном растворе аммиака (10—25%) та­кие бетоны имеют Кх. с >0,5. В насыщенных растворах хлоридов ме­таллов — Кх. с.>0,7. В органических растворителях (ацетон, бен­зол, толуол) и нефтепродуктах полимерсиликатные бетоны харак­теризуются высокой химической стойкостью (/(хс >0,8). Низкую химическую стойкость такие бетоны проявляют в водных растворах едких щелочей.

Наиболее распространен цемент кислотоупорный кварцевый кремнефтористый, представляющий собой смесь тонкомолотого кварцевого песка и кремнефтористого натрия (гексафторсиликата натрия). Смесь затворяется калиевым или натриевым жидким стеклом, после чего при твердении на воздухе образует кислото­стойкий камень. Содержание кремнефторида натрия в таком це­менте составляет 4% (цемент типа I для кислотоупорных замазок) или 8% (цемент типа II для кислотоупорных растворов и бетонов). К цементу предъявляются следующие технические требования.

Кислотостойкость порошка не должна превышать 7 масс. % по потере массы гфи кипячении его в кислоте. Прочность при растя­жении образцов 28-суточного воздушного твердения после кипяче­ния их в течение 1 ч в 40%-ном растворе серной кислоты долж­на быть не менее 2,0 МПа, а снижение прочности после кипя­чения по сравнению с прочностью образцов, не подвергавшихся кипячению в кислоте, не должно превышать 10%. Сроки схваты­вания цемента в тесте нормальной густоты должны соответство­вать: начало — не ранее 40 мин (тип I) и 20 мин (тип II), а коней схватывания — не позднее 8 ч для обоих типов цемента. Кроме этих показателей, нормируется содержание Si02 в кварцевом песке (>95% Si02), пористость цементного камня по керосинопоглоше' нию, тонкость помола цементного порошка.

Твердение кислотоупорного цемента происходит за счет взаи­модействия кремнефторида натрия и высококонцентрированного раствора жидкого стекла. По данным [51], реакция между Na2SiF6 и жидким стеклом протекает в два последовательных этапа, пер­вый из которых соответствует нейтрализации щелочи в растворе до начала гелеобразования, второй — нейтрализации щелочи в формирующемся гидрогеле.

Кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент приме­няют в качестве связующего для укладки штучных химически стой­ких материалов (кирпича, плитки) при защите корпусов химиче­ской аппаратуры, а также для изготовления кислотоупорных растворов и бетонов. Цементный камень из кислотоупорного це­мента стоек к действию большинства минеральных и органических кислот. Исключение составляют фтористоводородная (HF) и крем - нефтористоводородная (H2SiF6) кислоты, в которых растворяется кремнезем. Такой цемент недостаточно стоек к действию кипящей воды, водяного пара и щелочей.

Для изготовления кислотостойких замазок применяют также тонкомолотую андезитовую муку в смеси с кремнефтористым натрием (андезитовая замазка). Смесь затворяют жидким стек­лом (модуль 2,8, плотность 1,4 г/см3) при следующем соотноше­нии компонентов, масс, ч.: андезитовая мука — 95, Na2SiF6 — 5, жидкое стекло натриевое — 35.

Одним из основных потребителей кислотоупорных цементов, замазок и бетонов на жидком стекле является целлюлозно - бумажная промышленность (производство целлюлозы сульфит­ным способом), где материалы такого типа применяют для защиты варочных котлов, отстойников и др. Технологическая аппаратура изготовляется в этом случае из стали или бетона, а коррозионная защита выполняется в виде кислотоупорной керамической плитки или кирпича, уложенных на жидкостекольной замазке. Исполь­зуется также монолитная футеровка из кислотоупорного бетона на жидком стекле. Основными характеристиками защитного кислото­стойкого материала являются коррозионная стойкость, непрони­цаемость, нетоксичность, дешевизна.

Наибольшее применение находят полимерсиликатные компо­зиционные материалы, представляющие собой водорастворимые силикаты с активными добавками, в основном фуранового ряда, работающие в условиях кислых и нейтральных сред и под воз - Действием повышенных температур. Материалы являются дешевы­ми и простыми в изготовлении, нетоксичными, негорючими. Стои­мость полимерсиликатиых материалов соизмерима со стоимостью Цементных бетонов и в несколько раз ниже стоимости полимер - бетонов. Полимерсиликатные материалы в виде бетонов, раство­ров, замазок применяют для изготовления конструкций различно­го назначения, монолитной и штучной футеровки. Перспективны Композиционные материалы на основе жидкостекольного связую­щего с добавками фурфурилового спирта.

Традиционные кислотосіоикие материалы получают на осно|И, текле предложены технические лигносульфонаты [52]. Показано, натриевого жидкого стекла модуля 2,6—3,1 и плотностью 1,38~Щт0 лигносульфонаты определенного вида оказывают существен - 1,42 г/см3 при его отверждении кремнефторидом (фторсиликатом) воздействие на процессы твердения и свойства жидкостеколь - натрия. Оптимальная концентрация фторсиликата для получения цух композиций. Так, аммониевые лигносульфонаты - улучшают водостойких материалов составляет 15—20% от массы жидкого прочностные показатели материала. Введение в состав жидкого стекла. Избыток фторсиликата увеличивает пористость, снижает стекла натриевых лигносульфонатов с повышенными молекуляр^- прочность и повышает проницаемость материалов. Содержание ^ыми массами является предпосылкой для получения тонкопористой фторсиликата рассчитывается [22] исходя из щелочности системы структуры микрогеля, высокой водонепроницаемости и прочности по стехиометрии уравнения реакции: материала. Введение 3% лигносульфонатов и 15% кремнефторида

Натрия обеспечивает наилучшее структурообразование и достиже - Na2SiF6+4Na0H->Si02+2H20+6NaF. . іНие высоких эксплуатационных показателей.

Рекомендуемая концентрация Na2SiF6 превышает концентра цию, необходимую для отверждения жидкого стекла, составляю] щую обычно 3—5%.

Совершенствование свойств жидкостекольных связующих для кислотостойких материалов связано в большой степени с примене­нием в составе связующего различных активных добавок как неорганической, так и органической природы. Введение таких до­бавок интенсифицирует гелеобразование в системе, связывает щелочь, воду, обеспечивает образование нерастворимых в кисло­те соединений, кольматацию пор, увеличивает адгезию связки, и наполнителя. Такими добавками, например, могут быть нефели новый шлам, доменные и феррованадиевые шлаки, алунит, перлит добавки, содержащие активный кремнезем, фосфаты и т. д. Улуч шение технических свойств кислотостойких материалов за сче введения в их состав активных неорганических добавок типа пере численных выше в ряде случаев наблюдается, однако значительш большую перспективу представляет применение органических до бавок, особенно для повышений непроницаемости. По даннык Дилера [2], взаимодействие функциональных группировок орга нических веществ и силанольных групп кремнезема происходич за счет образования водородных связей. Определенные успех! достигаются за счет введения в раствор щелочного силиката фур фурилового спирта, что позволяет повысить непроницаемості полимерсиликатных материалов [5]. Аналогичный эффект достиг­нут при введении в состав жидкостекольного связующего водної эмульсии кремнеорганической жидкости ГКЖ-94. Дальнейшее со вершенствование этого направления улучшения свойств жидко стекольного связующего явилось основой для разработки сериї эффективных полимерсиликатных материалов, содержащих в ка честве органической добавки, наряду с фурфуриловым спиртом фенольно-резольную водорастворимую смолу, ДИ-, олиго - и поли изоционатов, олигоэфиров и т. д. Действие добавок таких груп является полифункциональным и обеспечивает отверждение и мо­дификацию щелочных силикатов.

В качестве перспективной модифицирующей добавки дл создания кислотоупорных композиционных материалов на жидко:

[1]

[2] h не может быть выше температуры острого пара задаииых параметр (169,6 °С). 160