В электродных покрытиях ферромарганец и ферросилиций, так же как и остальные компоненты, применяются в тонкоизмель - ченном виде. Во время изготовления замесов на жидком стекле между ферросплавами и водным раствором щелочей, содержа­щихся в жидком стекле, протекают химические реакции.

Реакция между порошками ферромарганца и ферросилиция может проходить также и при смачивании этих ферросплавов чистой водой.

Необходимо иметь в виду, что при переизмельчении ферро­марганца и ферросилиция суммарная контактная поверхность зерен увеличивается и реакция между ферросплавами и водным раствором щелочей начинает протекать более бурно.

Замечено, что реакция ускоряется с повышением в ферромар­ганце и ферросилиции содержания кремния и с повышением тем­пературы.

Некоторые сорта ферромарганца и ферросилиция в целях предотвращения возникновения реакций не должны применяться в электродообмазочных массах без соответствующей предвари­тельной подготовки и обработки.

В результате возникновения химических реакций внутри элек­тродообмазочной массы происходит разложение содержащейся в ней воды на водород и кислород, образуются газы типа метана и масса вспучивается, повышается ее температура, происходит быстрое высыхание электродообмазочной массы и теряется эла­стичность.

Из промышленных сортов ферросплавов особо высокой актив­ностью обладают малоуглеродистый и среднеуглеродистый ферро­марганец и 75%-ный ферросилиций.

Такие ферросплавы, будучи измельчены в порошок, легко окисляются в присутствии водяных паров даже на воздухе, покры­ваясь при этом тонкой пленкой окислов. Эта пленка предохраняет каждую крупинку ферросплава от дальнейшего окисления, но она легко может быть растворена или разрушена механическим воз­действием, что повлечет за собой возникновение процесса окис­ления.

На использовании образовавшейся тонкой защитной пленки из окислов основан технологический процесс пассивирования.

В процессе пассивирования имеют место следующие реакции:

Si - j - 2NaOH + Н20 Na2Si03 + 2Н2,

Si + 2Н20 Si02 + 2Н2.

О количестве выделяемых газов при взаимодействии малоугле­родистого ферромарганца с водой можно судить по опытам проф. Курнакова [6]; навеска электропечного ферромарганца весом 40 г при воздействии на 200 г воды образует 3,2 л газа. В составе выделившегося газа был обнаружен кислород, водород, метан и тяжелые углеводороды.

Ввиду того что с утонением помола, а следовательно с увели­чением контактной поверхности зерен, скорость протекания реак­ции увеличивается, важно следить за тем, чтобы ферросплавы не переизмельчались. Поэтому после их тонкого измельчения приме­няется при просеве сетка с числом отверстий 900 на 1 см2.

Нельзя допускать длительного размешивания электродообма­зочных масс в месилках, так как в результате трения повышается температура и значительно ускоряется протекание реакции между ферросплавами и водным раствором щелочей. Нельзя также при изготовлении обмазочных масс применять теплые компоненты или их смесь, так как при этом поднимается температура обмазоч­ной массы.

В летнее время, при высокой температуре окружающего воз­духа, рекомендуется сухую смесь и готовую обмазочную массу охлаждать и поддерживать постоянную температуру жидкого стекла в пределах 18—20°.

Обнаружено, что с повышением содержания в ферромарганце кремния или с понижением модуля жидкого стекла реакции вну­три обмазочных масс проходят интенсивнее.

Было также обнаружено, что доменный ферромарганец менее активен в водных растворах и выделяет в обмазочных массах, как правило, незначительное количество газа.

В густых обмазочных массах процессы окисления ферроспла­вов протекают значительно медленнее, чем в жидких, так как в по­следних содержится больше воды. При недостаточной пластичности обмазочной массы в результате повышенного трения между ее частицами защитные пленки в момент опрессовки разрушаются, повышается температура массы, и процесс окисления, сопрово­ждаемый выделением газов и обезвоживанием, начинает бурно протекать. Обмазочная масса при этом быстро окаменевает.

В практике электродного производства наблюдались случаи, когда в результате быстрого окаменения обмазочной массы отры­валась головка пресса.

Пассивирование ферросплавов производится при помощи есте­ственного окисления поверхности зерен ферросплавов при дли­тельном хранении их в среде влажного воздуха и при помощи 90

ускоренных способов: замачиванием тонкоизмельченных ферро­

сплавов в воде или в водных растворах небольших концентраций кислоты с водным раствором марганцевокислого калия (мокрый способ), прокалкой порошков ферросплавов при доступе воздуха (сухой способ), смачиванием порошков с последующим их нагре­вом (последовательно мокрый и сухой способы).

Естественное пассивирование ферросплавов может быть при­менено только для порошков элетропечного и доменного ферро­марганца при условии содержания в них кремния не свыше 1,5%.

Попытки пассивировать ферросилиций естественным путем не дали положительных результатов.

На Московском электродном заводе при изготовлении электро­дов на прессах высокого давления было замечено, что по мере увеличения сроков вылеживания сухой смеси (шихты) или измель­ченного ферромарганца значи­тельно улучшаются обмазочные свойства покрытия.

Эти наблюдения позволили сделать вывод, что в процессе вылеживания сухой шихты или измельченного ферромарганца по­верхности зерен окисляются и происходит, таким образом, есте­ственное пассивирование ферро­сплавов.

Порошки ферромарганца на­чинают окисляться по поверхно­сти уже в процессе тонкого измельчения ферросплавов в ша­ровой мельнице [1].

Установлено, что окисленность порошков ферромарганца раз­личных фракций растет с уменьшением величины зерна для всех сортов ферросплавов (табл. 29).

На Московском электродном заводе были проведены опыты по установлению продолжительности времени, необходимой для есте­ственного пассивирования порошков электротермического ферро­марганца и 75%-ного ферросилиция путем длительного вылежи­вания их на воздухе.

Ферросплавы имели следующий химический состав:

ферромарганец среднеуглеродистый: С—1,05%; Мп — 86,0%; Р — 0,12%; S1 — 2,97%;

ферросилиций: С — 0,16%; Si — 70,2%.

Все опыты проводились на жидком стекле с химическим со­ставом Na20 — 13,02%; Si02 — 28,68%, т. е. модуля 2,26. Удель­ный вес стекла был 1,47.

В стеклянный сосуд емкостью 0,5 л, на дно которого поме­щалась чашечка с порошком ферросплава, наливалось жидкое стекло.

Чашечка с порошком исследуемых ферросплавов прикрывалась воронкой, собиравшей газы, выделяемые при реакции, в градуи­рованную пробирку (фиг. 33).

Наблюдая за изменением объема газового пузыря, можно было следить за скоростью прохождения реакции порошков ферроспла­вов и за количеством выделяемых газов.

Конечная цель опытов заключалась в том, чтобы установить продолжительность вылеживания порошков ферросплавов, при ко­торой они не реагировали бы в покрытии до затвердевания его

на электроде. Для опытов пользовались навеской весом 2 г (табл. 30 и 32) и 1 г (табл. 31).

Одновременно проводились опыты с порошками доменного ферромарганца, содержащего С — 6,50 %; Мп — 71,80 %; Р — 0,24 %; Si — 1,95 % (табл. 32).

Опытная партия электродов марки ЦМ7, изготовленная из среднеуглероди­стого ферромарганца, после 10-дневного вылеживания показала возможность при­менения порошков среднеуглеродистого ферромарганца без дополнительной обра­ботки.

В последующих работах был уста­новлен предел содержания кремния — 1,7%.

Естественное пассивирование порош­ков ферросилиция даже после 24-дневного вылеживания на воздухе не дало поло­жительных результатов.

Порошки доменного ферромарганца как менее активные не нуждаются в пассивировании.

В целях установления относительной скорости окисления на воздухе порошков ферросилиция и среднеуглеродистого фер­ромарганца при их вылеживании были произведены следующие опыты.

Пробирка с порошком ферросплава соединялась резиновой труб­кой с бюреткой, в которой находилось трансформаторное масло. Другим концом бюретка опускалась в сосуд с тем же маслом (фиг. 34).

Воздух, оставшийся над поверхностью масла в резиновой трубке и бюретке, имел возможность взаимодействовать с порошками ферросплава за счет окисления кислорода, содержащегося в воздухе.

Чтобы учесть влияние атмосферного давления на показания при­боров, был установлен такой же прибор (эталон) без порошка фер­росплавов, по показаниям которого можно следить за' изменениями

атмосферного давления. Разница в показаниях эталонного при­бора и прибора с ферросплавами определяла количественный характер взаимодействия воздуха с порошками ферросплавов (табл. 33 и 34).

Из таблиц видно, что процесс окисления порошков ферросилиция и ферромарганца продолжался в первом случае 12 дней и во втором 5 дней, причем этот процесс проис­ходил неравномерно.

Пассивирование прокаливанием (сухой способ). Ферросплавы подвергаются прока­ливанию только после тонкого измельчения и просева через соответствующее сито.

Во избежание засорения порошков фер­росплавов окалиной прокаливание произво­дится на металлических противнях из жаро­стойкой стали.

При пассивировании порошки ферро­сплавов насыпаются на противни слоем до 30 мм и загружаются в печь.

Для лучшего окисления при прокалке поверхностей отдельных крупинок порошка ферросплавов необходимо их периодически (5—б раз) перемешивать железным скреб-

1 — пробирка с порошком фер-
росплава; 2— бюретка; 3 —
стакан с трансформаторным
маслом.

держкой в течение часа.

Порошки ферромарганца пассивируются в то же время при тем­

пературе 300—350°.

Таблица 31 Естественное пассивирование порошков ферросилиция О. О С о с % Число сток, прошед­ших после дробления Реакция началась через.. . Количество выделив­шихся газов в тече­ние і часа после на­чала реакции в сма 1 2 1 час 7,4 2 4 1 ч. 10 м. 7,3 3 6 1 ч. 25 м. 7,2 4 8 1 ч. 30 м. 7,0 5 10 1 ч. 30 м. 7,0 6 12 1 ч. 50 м. 6,3 7 14 1 ч. 50 м. 6,3 8 16 2 часа 6,0 9 18 2 часа 5.4

При пассивировании порошков ферросплавов прокаливанием нё следует допускать повышения температуры сверх указанных пре­делов.

Нормальное качество пассивирования порошков ферромарганца определяется цветом порошков бурого оттенка. Появление черного

или черновато-синего цвета указы­вает на пережог и непригодность такого ферромарганца для приме­нения в электродных покрытиях.

Качество пассивирования по­рошков ферросилиция считается удовлетворительным, если в тече­ние часа при температуре 15—20° после перемешивания навески в 50 г ферросилиция с 0,5 л жид­кого стекла удельного веса 1,3— 1,35 не начнется реакции газо­образования.

В случае применения при из­готовлении электродных обмазок низкомодульных жидких стекол с избытком свободных щелочей защитные пленки из окислов на зернах пассивированных порош­ков ферросплавов растворяются в течение 3—4 час. и реакция оки­сления может возникнуть вновь. Поэтому рекомендуется изготовлять небольшие партии обмазки и оставлять переходящие заделы ее с учетом возможного использования в течение 1 часа.

Таблица 33 Взаимодействие порошков ферросилиция с воздухом № по пор. Число суток, прошедших после дробле­ния Показани эталон і приборов с ферросили­цием Разница в показаниях приборов Уменьшение объема воз­духа в приборе с ферросили­цием в см3 і 0 10,8 2.9 13,9 0,0 2 1 17,1 3,0 14,1 0,2 3 2 16,5 2,1 14,4 0,5 4 3 16,8 2,3 14,5 0,6 5 4 16,1 1,5 14,6 0,7 6 6 14,8 1,1 14,7 0,8 7 8 15,0 0,2 14,8 0,9 8 10 14,0 -0,9 14,9 1,0 9 12 14,0 -1,0 15,0 1.1 10 14 14,0 -1.0 15.0 1,1

Пассивирование ферросплавов мокрым способом. Для пассиви - вирования порошков ферросплавов мокрым способом ферросплавы, после тонкого измельчения и просеивания, насыпаются на про-

Взаимодействие порошков малоуглеродистого ферромарганца с воздухом № но нор. Число суток, прошедших после дро­бления Показания приборов Разница в показаниях приборов Уменьшение объема воз­духа в приборе с ферромар­ганцем в смг Эталон с ферросили­цием 1 0 14,9 2,8 12,1 0 2 1 14,8 1,0 13.8 1,7 3 2 15,0 0,3 14.3 2,6 4 3 14,7 0,1 14,8 2,7 5 4 14,0 -1,0 15,0 2,9 6 5 14.5 -0,7 15,2 3,1 7 7 14,0 -1,2 15,2 3,1 8 9 14,0 -1,2 15,2 3,1

тивни слоем не более 40 мм и заливаются холодной водой до по­крытия ферросплавов.

Процесс пассивирования порошков при этом способе длится около 24 час.

С целью ускорения процесса пассивирования ферросплавы зали­ваются 0,25—0,50%-ным водным раствором марганцевокислого ка­лия. Тогда процесс пассивирования длится около 1 часа, при этом порошки ферросплавов перемешиваются с раствором 2—3 раза.

Для ускоренного процесса пассивирования можно применять горячую воду и водный раствор 0,5—1,0%-ной азотной кислоты.

По окончании процесса пассивирования избыток раствора сли­вается и порошки ферросплавов поосушиваются при температуре 100—120°.

Порошки ферросплавов, прошедшие пассивирование, тща­тельно перемешиваются до получения однородной рассыпчатой массы без комков и просеиваются через сито с числом отверстий 400 на 1 см2.

Выделяющиеся в процессе мокрого пассивирования газы взрыво­опасны, а при пассивировании порошков ферросилиция ядовиты.

Поэтому помещение, в котором производится мокрое пассивиро­вание, должно хорошо вентилироваться, и сам процесс пассивиро­вания допускается только в вытяжных шкафах.

Сушка порошков ферросплавов после мокрого пассивирования должна производиться в печах или на плитах, обеспеченных надеж­ной капсуляпией и вентиляцией. Категорически запрещено сушить после пассивирования мокрым способом порошки ферросплавов на открытых подовых печах.

В помещении, где производится пассивирование мокрым спосо­бом, электропроводка и электроаппаратура должны быть оборудо­ваны взрывобезопасной арматурой.

Необходимо иметь в виду, что при высушивании порошков фер­ромарганца после мокрого пассивирования при повышенных тем­пературах, против указанных, порошки ферромарганца самовозго-

раются и становятся непригодными для дальнейшего применения в электродообмазочных массах.

Смешанный способ пассивирования. Некоторые партии ферро­силиция (75%) при пассивировании покрываются чрезвычайно не­стойким слоем окислов, разрушающимся в щелочной среде обмазки.

В этом случае рекомендуется [12] в кипящий раствор 2 кг хром­пика с 20 л воды засыпать 75 кг измельченного и просеянного фер­росилиция и продолжать кипячение дополнительно 10—15 мин. После кипячения раствор вместе с порошком ферросилиция необ­ходимо остудить до температуры цеха и слить для использования при пассивировании следующей партии ферросилиция, добавляя в него свежий раствор из расчета возмещения убыли.

Мокрые порошки ферросилиция сушатся при температуре около 150°, затем перемешиваются до получения однородной рассыпчатой массы и просеиваются через сито 400 отв/см2.

Необходимо учитывать, что в результате пассивирования мок­рым способом ферросплавы обедняются и вес порошков заметно увеличивается.