3.13.2 Перемешивание сухой шихты, контрольный просев и хранение

Взвешенные компоненты перед изготовлением обмазочной массы должны пройти операцию сухого смешивания. Это обеспечивает повышение стабильности химического состава наплавленного металла, а следовательно, и повышение механических свойств металла шва.

При большом объеме производства с использованием автоматизированной линии дозировки обычно применяют реверсивный смеситель. Отдозированная сухая шихта самотеком попадает в смеситель, в котором перемешивается в течение установленного времени. Смеситель обеспечивает достаточно высокую производительность процесса и однородность сухой шихты.

На практике качество перемешивания проверяется внешним осмотром однородности сухой шихты. Это делается следующим образом: на стол кладется лист бумаги, на который совком насыпается 100—200 г перемешанной сухой шихты. Затем нижней частью совка шихта раздавливается и разравнивается с некоторым нажимом. Если есть слипшиеся комочки какого-либо компонента, то при их сдвигании совком они разрушаются и размазываются, оставляя при этом след, отличающийся от цвета основного фона.

На производствах с небольшим или средним объемом выпуска электродов для перемешивания сухой шихты могут служить также или шаровая мельница с периодической загрузкой или смеситель типа «пьяная бочка». Сухая шихта в эти смесители загружается из контейнера с откидным дном, который кран-балкой устанавливается над люком мельницы или «пьяной бочки». При этом должны использоваться соответствующие приспособления для установки контейнера и соблюдаться условия, предохраняющие рабочее место от пыли. При наличии быстродействующих смесителей сухое перемешивание можно выполнять в них.

Для гарантии исключения посторонних включений в некоторых случаях сухую перемешанную шихту дополнительно просеивают на механическом или вибрационном сите со стороной ячейки сетки около 1 мм.

Готовая сухая шихта должна храниться отдельными порциями, подготовленными к приготовлению обмазочной массы. Нельзя ссыпать приготавливаемые сухие замесы в большую емкость. Дело в том, что наличие даже небольшой вибрации, всегда существующей в производственных помещениях, приводит к расслоению сухой шихты. Частицы материала с высокой плотностью постепенно перемещаются вниз, вытесняя на поверхность частицы с меньшей плотностью. Это обстоятельство особенно заметно может, проявиться в сухой шихте для электродов специального назначения. В результате при изготовлении электродов из верхних порций сухой шихты наплавленный металл окажется обедненным легирующими элементами, а при изготовлении электродов из последних порций металл может быть перелегирован. Следствием и в том и в другом случае будет неисправимый брак.

3.14 Приготовление обмазочной массы

3.14.1 Требования, предъявляемые к обмазочной массе

В настоящее время подавляющее количество электродов изготовляют по непрерывной схеме опрессовка — сушка — прокалка с высокими скоростями, практически доходящими до 700—800 шт/мин. Это возможно осуществить 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 на цикл опрессовки;

• способность обеспечивать достаточно высокую твердвсть покрытия, позволяющую транспортировать электрод и зачищать его концы без повреждения покрытия;

• способность обеспечивать устойчивость сырого покрытия против размягчения, вспухания, а также против смятия 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 высокую прочность и требуемую влажность покрытия готовых электродов.

Следует твердо помнить, что перечисленные свойства обмазочной массы не могут быть обеспечены за счет какого-либо единственного фактора, например подходящей характеристики жидкого стекла или выбора пластифицирующей добавки и т. д. Существует несколько факторов, влияющих на рабочие характеристики обмазочных масс. В первую очередь к ним относятся:

• гранулометрический состав основных компонентов сухой шихты;

• вид и количество применяемого пластификатора;

• характеристика применяемого жидкого стекла;

• технология приготовления обмазочной массы.

Конкретные параметры, характеризующие каждый из перечисленных факторов, выбираются с учетом совместного действия этих факторов на требуемые рабочие свойства обмазочной массы. Поэтому отступление от требований к какому-либо одному из них может снизить рабочие свойства обмазочной массы и привести к браку электродной продукции. Понятно, что сказанное в равной степени относится и к технологии приготовления обмазочной массы. При видимой простоте эта операция весьма ответственна. Она является заключительной стадией технологической цепочки, направленной на обеспечение требуемых рабочих свойств обмазочной массы.

Установлено, что твердость обмазочной массы, составленной из одних пылевидных фракций, недостаточна для механизированного производства электродов (появляются вмятины от цепей). Поэтому желательно, чтобы содержание тонких фракций не превышало бы 30—35% по объему от общего количества сухой шихты.

В связи с тем, что в рецептуре покрытия всех марок рутиловых электродов содержатся такие пластификаторы, как электродная целлюлоза (ЭЦ), слюдяная мука, 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 опрессовка — сушка — прокалка требования к подбору грануляции должны быть обязательными.

Тонкие фракции ферросплавов и металлов, таких, как ферросилиций, ферромарганец, металлический марганец в связи с развитой поверхностью весьма активны в среде жидкого стекла. Поэтому содержание их пылевидных фракций желательно по возможности снижать. Важно отметить, что один только рациональный подбор гранулометрического состава компонентов сухой шихты все же полностью не позволяет получить обмазочную массу с необходимыми рабочими свойствами.

Влияние вида и количества пластификаторов. В настоящее время в электродных производствах применяют следующие пластификаторы: минеральные (слюда, каолин); органические (электродная целлюлоза «ЭЦ»), карбоксиметилцеллюлоза марки КМЦ 85/С «О», декстрин, альгинаты натрия и кальция, химикаты (поташ полутораводный, сода).

Слюда при измельчении, раскалывается на тонкие гибкие листочки, которые располагаются вдоль слоев текущей обмазочной массы, облегчая тем самым скольжение одного слоя по другому. Каолин представляет собой тонкий порошок, жирный на ощупь. Он заполняет промежутки между соседними слоями обмазочной массы и повышает ее текучесть. Слюду и каолин широко применяют не только как пластификаторы, но и как шлакообразующие компоненты для изготовления электродов с рутиловым покрытием, куда они входят в количестве до 15—20%. Эти компоненты содержат в своем составе конституционную воду. В процессе плавления электрода она разлагается с выделением водорода, который переходит в наплавленный металл. Так как содержание водорода в металле, наплавленном электродами с основным покрытием, весьма жестко регламентируется, то применение слюды и каолина в покрытии таких электродов строго ограничено пределами, недостаточными для обеспечения высокой пластичности.

Органические пластификаторы, особенно КМЦ 85/С «О», альгинаты и ЭЦ являются весьма эффективными. Например, при введении 1 % КМЦ пластичность обмазочной массы электродов с основным покрытием вполне удовлетворительная. Однако даже при низкой вязкости применявшегося жидкого стекла, вспухание покрытия в два раза превышает максимально допустимое значение. При этом наблюдаются также вмятины от конвейерных цепей. Кроме того, наличие 1 % КМЦ в покрытии электродов приводит к существенному повышению 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.

На электродных производствах, изготовляющих электроды с покрытием основного вида с последующей медленной сушкой на воздухе, в качестве пластификатора с успехом применяют соду Na₂СО₃ в количестве до 1%. Пластифицирующее действие соды объясняется 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. Однако для изготовления электродов в непрерывном процессе такой способ повышения пластичности непригоден. При нагревании свежеопрессованых электродов в конвейерной печи покрытие вспухает на недопустимо большую величину. При этом наблюдается, как правило, низкая прочность покрытия после прокалки.

Влияние характеристик жидкого стекла. При изготовлении электродов с рутиловым 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, которые одновременно являются пластификаторами. Поэтому для их изготовления в непрерывном процессе достаточно только выбрать характеристики жидкого стекла. Длительный опыт массового изготовления электродов показал, что оптимальными для механизированного изготовления в непрерывном процессе являются жидкие стекла с модулем от 2,85 до 3,1 и вязкостью порядка 400—800 мПа-с.

Повышение вязкости жидкого стекла сопровождается увеличением его количества для приготовления обмазочной массы, времени сушки, повышением вспухания покрытия и 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.

Электроды с покрытием основного вида предназначены для сварки ответственных и особо ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей. Поэтому к металлу, наплавленному этими электро­дами, предъявляются высокие требования. В частности, как говорилось ранее, это относится к содержанию водорода в металле швов, которое не должно превышать 3 см³/100 г. Последнее обстоятельство не позволяет применять минеральные и органические пластификаторы в количествах, обеспечивающих необходимые рабочие характеристики.

Дополнительное введение в состав покрытия небольшого 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 с изготовлением таких электродов в непрерывном потоке следует комплексно с учетом необходимости выполнения всех требований, предъявляемых к обмазочной массе.