Требования, предъявляемые к обмазочной массе
![](https://proizvodim.com/wp-content/themes/Pacifica/images/date.png)
![](https://proizvodim.com/wp-content/themes/Pacifica/images/user.png)
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,
Рис. 91. Влияние толщины пленки 5 жидкого стекла и диаметра частиц d па способность обмазочной массы к истечению: а — легкое истечение; б — затрудненное истечение |
Рис. 92. Схема расположения частиц разных размеров в обмазочной массе |
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.