СВЯЗУЮЩЕЕ ЭЛЕКТРОДНЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1996 года по МПК B23K35/365 

Изобретение относится к сварке, в частности к составу связующего и технологии его получения при производстве покрытий электродов для ручной электродуговой сварки.

Близким по составу к заявляемому веществу является водный раствор метасиликата натрия, состоящий из Na₂•nSiO₂•mH₂O, полученный по способу [1] включающему обработку предварительно измельченной опоки раствором щелочи с концентрацией по Na₂O 150 г/л при температуре 90 94^oС в течение 10 25 мин. Данный продукт более дешевый по сравнению с традиционным для электродного производства жидким стеклом благодаря простой технологии его изготовления и более высокому проценту выхода продукта.

Однако этот водный раствор метасиликата натрия может применяться в стекольной промышленности, но не может быть применим в качестве связующего для электродных покрытий, так как низкое отношение исходной массы опоки к массе щелочного раствора (1:10) приводит к получению низких значений модуля и плотности раствора. Связующее же электродных покрытий должно иметь модуль в пределах 2,8 3,0, плотность 1,4 1,5 г/см³, вязкость 800 2000 сП, а также достаточную скорость высыхания, так как эти параметры являются определяющими качество обмазочных масс электродных покрытий. Связующее придает обмазочным массам клейкость и пластичность, покрытию готовых электродов - механическую прочность, а также оказывает существенное влияние на процесс опрессовки и термообработки. На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что водный раствор метасиликата натрия не может обеспечить параметров, необходимых для электродной массы. Кроме того, около 19% исходного сырья идет в отход в виде нерастворимого осадка.

Наибольшее распространение получило применение жидкого стекла Na₂O•nSiO₂•mH₂O в качестве связующего электродных покрытий [2]
Недостатком этого связующего является его дороговизна из-за сложности и энергоемкости двухстадийной технологии получения жидкого стекла, состоящей из приготовления при высоких температурах силикатной глыбы, представляющей собой сплав кремнезема SiO₂ с содой Na₂СO₃ или поташем K₂CO₃, транспортировки ее к месту электродного производства и последующего растворения горячим паром для получения жидкого стекла. Кроме того, сложно хранить силикатную глыбу, так как при воздействии атмосферной влаги происходит ее выщелачивание и снижается растворимость [2]
Задачей изобретения является получение необходимого модуля плотности, вязкости связующего электродных покрытий при снижении его стоимости и улучшении технологичности производства покрытых электродов.

Указанная задача достигается тем, что в связующем электродных покрытий, включающем водный раствор силиката щелочного металла, согласно изобретению в качестве раствора используют неосветленный продукт выщелачивания опал-кристобалитовой породы, содержащий 18 22 мас. нерастворенного остатка, при этом нерастворенный остаток содержит в пересчете на оксиды, мас.

Fe₂O₃ 5 20
Al₂O₃ 5 15
CaO 1 10
H₂O 2 5
Na₂O 0,5 2
TiO₂ 0,1 0,2
SO₂ 0,1 0,2
SiO₂ остальное.

Предлагаемое связующее электродных покрытий имеет следующие параметры: силикатный модуль 2,8 3,0, плотность 1,42 1,51 г/см³, вязкость 850 1200 сП.

Известно применение отходов производства, например шлака или золы электростанции, с целью снижения стоимости жидкого стекла. Но это жидкое стекло по своим параметрам не может быть применено в качестве связующего для электродных покрытий, в частности, из-за низкого модуля. Известны пути повышения модуля жидкого стекла путем добавления к нему аморфного кремнезема. Но для этого каждую часть аморфного кремнезема предварительно обрабатывают 2
3 частями четвертичного аммониевого основания. Это, в свою очередь, усложняет процесс получения жидкого стекла и удорожает сам продукт. Известно применение кремнийсодержащей шихты для производства жидкого стекла. Эта шихта является щелочносодержащим компонентом /до 27% Na₂O/ и вводится для увеличения растворимости жидкого стекла и уменьшения температуры варки. Известное связующее может быть применено только для строительных конструкций из-за низкого модуля.

В предлагаемом изобретении связующее электродных покрытий представляет собой суспензию с модулем 2,8 3,0 и состоящую из водного щелочного силикатного раствора и шлама в виде малорастворимого мелкодисперсного остатка опал-кристобалитовой породы, находящегося во взвешенном состоянии. Стабилизирующее действие щелочной среды способствует равновесному состоянию суспензии и малой вероятности выпадения осадка.

В таблице 1 приведены примеры предлагаемого связующего. В результате проведенного исследования определено оптимальное соотношение масс водного щелочного силикатного раствора и нерастворенного остатка (шлама) в пределах 3,54 4,56. При соотношении менее 3,54 не обеспечивается необходимый модуль, при более 4,56 связующее получается меньшей плотности и низкой вязкости. Параметры связующего электродных покрытий приведены в табл. 2.

Связующее электродных покрытий получают следующим образом. Измельчают до 0,063 0,4 мм опал-кристобалитовую породу, например опоку, смешивают с раствором щелочи, например NaOH, или КОН, или смесью щелочной NaOH, КОН при концентрации 140 150 г/л. При этом отношение массы опоки и массы щелочного раствора 8 1. Смесь загружают в реактор и ведут обработку (выщелачивание) в течение 110 120 мин при температуре 80 85^oС и атмосферном давлении. Часть кремния переходит из опал-кристобалитовой породы в жидкую фазу, а часть аморфного кремнезема остается в виде мелкодисперсного шлама. В состав шлама входят также примеси из нерастворившейся части опал-кристобалитовой породы. Полученную суспензию, состоящую из щелочного силикатного раствора и шлама, охлаждают до 20^oС и применяют в качестве связующего сварочных электродных покрытий. Предлагаемое связующее электродных покрытий имеет следующие преимущества
1. Повышение модуля, плотности и вязкости продукта.

2. Снижение стоимости за счет упрощения технологии изготовления и увеличения выхода годного продукта.

3. Повышение технологичности при изготовлении покрытий электродов, а именно снижение давления опрессовки за счет присутствия в связующем аморфного кремнезема, предотвращение растрескивания покрытия за счет уменьшения скорости высыхания связующего, обусловленного наличием в нем остаточной свободной щелочи.

Использование: изобретение относится к сварке, в частности к составу связующего для покрытий сварочных электродов при их производстве. Сущность изобретения: связующее сварочных электродных покрытий содержит 78 - 82 мас.% водного раствора силиката щелочного металла в виде неосветленного продукта выщелачивания опал-кристобалитовой породы и 18 - 22 мас.% нерастворенного осадка. Осадок содержит, мас.%: Fe₂O₃ 5 - 20, Al₂O₃ 5 - 15, CaO 1 - 10; H₂O 2 - 5; Na₂O 0,5 - 2; TiO₂ 0,1 - 0,2; SO₂ 0,1 - 0,2; SiO₂ - остальное. Изобретение позволяет повысить технические характеристики связующего, снизить его стоимость, повысить технологичность производства сварочных электродов. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Связующее электродных покрытий, включающее водный раствор силиката щелочного металла, отличающееся тем, что в качестве раствора используют неосветленный продукт выщелачивания опал-кристобалитовой породы, содержащий 18 22 мас. нерастворенного остатка. 2. Связующее по п.1, отличающееся тем, что нерастворенный остаток содержит, мас.

Fe₂O₃ 5 20
Al₂O₃ 5 15
CaO 1 10
H₂O 2 5
Na₂O 0,5 2,0
TiO₂ 0,1 0,2
SO₂ 0,1 0,2
SiO₂ Остальное