Главная → Статьи

Применение связующих в электродно-флюсовом производстве

Сварка является одним из ведущих технологических процессов изготовления металлических конструкций. Среди многообразия сварочных материалов наибольшее распространение имеют штучные плавящиеся электроды для ручной дуговой сварки. Перспективны также керамические флюсы. Производство штучных сварочных электродов и керамических флюсов осуществляют с применением связующих — натриевого и калиево-натриевого жидкого стекла.
Сварочные электроды, изготавливаемые с применением в качестве связующего жидкого стекла и предназначенные для ручной дуговой сварки, представляют собой металлический стержень с нанесенным на его боковую поверхность специальным покрытием из смеси различных порошкообразных материалов со связующим (жидким стеклом). Требуемый уровень технических свойств электродов определяется составом проволоки, химическим и фазовым составом электродной массы, а также технологическими характеристиками их изготовления.

Основные требования к электродам: обеспечение возможности устойчивого горения дуги и плавления электрода; защита расплавляемого металла электрода и сварочной ванны от накопления в них вредных примесей (кислорода, азота, серы, водорода и др.); возможность получения хорошо сформированного шва; обеспечение легкой удаляемости шлака с поверхности шва; соблюдение санитарно-гигиенических требований к рабочему месту сварщика (уровень ПДК по выделяющимся газам и пылевидным частицам) при высокой производительности труда.

Большинство применяемых электродных покрытий обеспечивает газошлаковую защиту металла от окислительного и азотирующего воздействия воздуха за счет, например, присутствия в их составе карбоната кальция (мрамора, мела, известняка). В состав покрытий вводят компоненты, способствующие образованию защитного шлака, а также компоненты, обеспечивающие требуемый состав металла сварного шва и др.

Порошковые компоненты электродных масс в зависимости от марки и класса электродов включают, таким образом, вещества различной химической природы, такие как мрамор, плавиковый шпат, ферросплавы (ферромарганец, ферротитан, ферросилиций, феррованадий и др.), соду, поташ, полевые шпаты, магнезии, порошкообразные металлы, органические вещества.

Примерный состав электродного покрытия следующий, мас.: мрамор —48,3, флюорит (CaF2) —13,2, кварцевый песок — 8,0, ферросилиций — 4,5, ферромарганец — 4,5, ферротитан — 10,7, жидкое стекло в виде водного раствора, пересчитанного на сухой остаток,—10,8.

Такое электродное покрытие может обеспечить шлак с расчетным составом, мас.: СаО — 41,9, CaF2—9,9, SiC>2—33,1, ТЮ2-5,5, Na20-3,8, MnO-3,2, Al2O3-l,5:2:«100.

В качестве связующего при производстве электродов применяют в основном жидкое натриевое стекло, иногда калиево-натри-евое. Кроме обеспечения вяжущих свойств, жидкое стекло вносит вклад в формирование химического состава шлака в процессе сварки. Жидкие стекла являются также ионизатором — источником ионов К+ и Na+, требуемых для протекания процесса сварки.

Натриевое жидкое стекло по ГОСТ 13078 для производства сварочных электродов должно характеризоваться силикатным модулем « = 2,7-5-3,0 и плотностью 1,47—1,52 г/см3.

В технологическом процессе производства электродов жидкое стекло высокой плотности (-1,5 г/см3) используют при нанесении покрытия опрессовкой, при применении способа окунания в состав массы вводят жидкое стекло меньшей плотности (1,30—1,35 г/см3), что обеспечивает требуемый уровень пластичности массы. Наряду с плотностью, важными характеристиками жидкого стекла, используемого для производства электродов, является силикатный модуль, вязкость стекла и содержание сухого остатка (т. е. концентрация раствора).

С позиций технологии сварочных электродов определяющими свойствами жидкого стекла являются: вяжущие свойства (способность образовывать с компонентами массы при ее твердении прочный камень), прочность на изгиб, прочность на удар, а также поверхностная прочность (осыпаемость). Вяжущие свойства жидкого стекла определяются величиной адгезии его к материалу электрода (к металлической проволоке).

С позиций производства электродов преимуществами жидкого стекла являются:
химическая активность по отношению к компонентам массы, определяющая живучесть (сроки схватывания) массы до ее опрессовки;
вязкость, обусловливающая пластические свойства электродных масс;
способность 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;
термические свойства затвердевших масс (сохранение прочности в процессе нагрева электрода при сварке); соответствие сравнительно высокому уровню санитарно-гигиенических требований как при изготовлении электродов, так и при сварке;
относительная недефицитность и дешевизна.

Наиболее реакционными компонентами электродных масс по отношению к жидкому стеклу являются ферросплавы, реакция их взаимодействия с жидким стеклом сопровождается выделением газообразных продуктов, значительным тепловыделением, ухудшает технологические характеристики масс. Для предотвращения этой реакции осуществляют пассивирование поверхности ферросплавов 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 также удаляется свободная (несвязанная) вода, вода, адсорбированная гелем кремнезема и гидросиликатами, а также, частично, кри-сталлогидратная вода.

Температура прокалки стержней ограничивается температурой диссоциации некоторых компонентов массы, прежде всего органических. При таких условиях термообработки большая часть кристаллогидратнои воды не затрагивается и сохраняется в обмазочной массе. В ряде случаев температура прокалки электрода ограничена высокими деформациями массы, связанными с различием коэффициентов термического расширения ее компонентов и электродной проволоки; как правило, температура сушки (прокалки) находится в пределах 250—500 °С.

Технологическая схема производства сварочных электродов включает следующие основные технологические переделы: подготовку исходных порошковых компонентов и связующего; подготовку электродной проволоки; приготовление электродных масс и нанесение их на электрод; сушку, прокалку электродов, их упаковку и отгрузку.

В соответствии с технологической схемой (рис. 8.8) исходные материалы (мрамор, полевой шпат, плавиковый шпат и др.) дробят на щековой дробилке, отмывают от пылевидных частиц в моечной машине, сушат в сушильном барабане, размалывают в шаровой мельнице, просеивают на сите и подают в бункера сухих компонентов.

Жидкое стекло получают растворением силикат-глыбы в автоклаве, перекачивают в емкости, где может происходить концентрирование стекла выпариванием. Готовое жидкое стекло поступает в расходный бак, а затем — в смеситель. В нем оно смешивается с сухими компонентами, и приготовляется обмазочная масса. Обмазочная масса брикетируется на брикетиро-вочном прессе и подается на опрессовку в пресс, куда поступает также электродная проволока, прошедшая предварительную обработку (очистка, выправка, рубка). В прессе электродные стержни опрессовываются массой и выходят на конвейер твердения, затем, уложенные на рамки, они подаются на тележках в камеру твердения.

Окончательное формирование свойств электродов осуществляется в прокалочной печи (температура выше 300 °С). Термообработанные электроды сортируют, маркируют, испытывают, упаковывают и подают на склад готовой продукции.

Керамические флюсы. Это механическая смесь порошкообразных компонентов, сцементированная с помощью связующего вещества или спеканием и изготовленная в виде крупки требуемой гранулометрии. В процессе производства флюсов компоненты не плавятся, что позволяет вводить в их состав, кроме минеральных шлакообразующих веществ, порошкообразные металлы, ферросплавы, углеродистые вещества, карбонаты и другие материалы, независимо от их взаимной растворимости. Эта особенность дает возможность производить активное металлургическое воздействие на расплавленный в процессе сварки металл — осуществлять раскисление, легирование, модифицирование, десульфурацию, снижать содержание в металле водорода.

Технологическая схема производства флюсов на жидкосте-кольной связке включает: помол минеральных порошков, приготовление жидкого стекла и флюсовой массы, сушку и прокалку флюса.

На склад материалы поступают в кусках размером более 350 мм. Со склада их с помощью крана подают в расходный бункер щековой дробилки. После крупного дробления материал элеватором загружается в бункер, откуда питателем подается непрерывно в барабан моечной машины. В барабане, куда постоянно поступает вода, материал промывается; для удаления мелких кусков (грохочение) в барабане имеются специальные отверстия. Промытый материал разгружается в бункер валковой дробилки, где дробится до величины кусков 5—10 мм. Далее он проходит грохочение на установке, откуда крупные куски материала возвращаются обратно в валковую дробилку.

Перед тонким измельчением ряд материалов должен быть подвергнут сушке для удаления влаги. Они высушиваются в сушильном барабане до влажности 1—2%. После сушки материал транспортером подается в бункера мельниц, из них он с помощью тарельчатых питателей загружается в мельницу, где измельчается мелющими телами. Некоторые ферросплавы при измельчении могут давать взрывоопасные смеси с воздухом, поэтому их измельчение проводится при добавке 5—10% инертного материала (плавикового и полевого шпата, гранита и др.). Из мельницы материал поступает в сепаратор, откуда в циклон попадает только смесь воздуха с компонентом определенной гранулометрии. Более тяжелые частицы, не прошедшие через сепаратор, возвращаются обратно в мельницу. В циклоне отделяется 90—95% готового компонента требуемой тонкости измельчения, более мелкая фракция потоком воздуха всасывается в фильтр. Готовый материал отгружается в бункер для компонентов тонкого помола.

Компоненты, используемые в виде зерен и порошка, со склада сыпучих материалов подаются на установку растаривания и просева. Просеянный материал поступает на сушку в бункер сушильного барабана и далее — в бункер тонкодисперсного материала.

Силикат-глыба со склада в кюбеле подается к автоклаву, затем тельфером через приемный патрубок загружается в него. Из заводской магистрали по трубопроводу через запорный клапан поступает пар, одновременно с подачей пара автоклав приводится во вращение. После разварки автоклав останавливается, открывается клапан для подачи жидкого стекла в отстойники и под давлением оставшегося пара (0,3—0,4 МПа) жидкое стекло перегоняется в отстойники, где отстаивается 7—10 сут. Отстоявшееся жидкое стекло перекачивается сжатым воздухом в расходный бак. Для облегчения перекачки жидкое стекло в отстойниках подогревают паром до 25 °С. Далее оно подается в бак-смеситель дозирующей системы, где осуществляется регулирование вязкости и температуры жидкого стекла.

В процессе изготовления замесов предварительно приготовленная сухая шихта перемешивается с жидким стеклом. Составление сухой шихты по рецептуре осуществляется весовыми дозаторами. Сначала взвешенные порции материалов выгружаются на закрытый вибрационный транспортер для передачи в смеситель сухой шихты. Из бака-смесителя жидкое стекло выдавливается в дозатор, затем сливается в бегунковую мешалку. Одновременно сухая шихта из барабанного смесителя через ленточные весы загружается туда же.

Сразу после изготовления окомкованный флюс попадает на конвейерную ленту, проходящую через конвейерную печь. После прокалки флюса иногда необходимо производить отсев пылевидной фракции с помощью механических сит; наличие во флюсе мелкой фракции (проходящей через сито с 600 отв./см2) в количестве до 5% обычно не отражается на его свойствах. Отсортированная мелкая фракция не является отходом, а используется как добавка (не более 10%) к сухой шихте. После сортировки флюс конвейером подается к упаковочному автомату и далее — на склад готовой продукции.

Ваш отзыв