Розробка низьководневих зварювальних флюсів марганцевосилікатного типу

У п'ятому розділі розроблені низьководневі зварювальні флюси АН-60СМ, АН-68СМ і технологія їх виготовлення. Видано рекомендації з вибору технологічного устаткування. Викладено результати освоєння виробництва флюсів АН-60СМ, АН-68СМ, АН-68 і їх впровадження при зварюванні.

 

 

У встановленні причин пороутворення в зварних швах великий внесок належить роботам Підгаєцького В. В., Походні І. К., Фруміна І. І., Кірдо І. В., Любавського К. В. та ін. Більшістю дослідників визнається провідна роль водню в цьому процесі. Створенням низьководневих зварювальних матеріалів займалися Походня І. К., Мусіяченко В. Ф., Міходуй Л. І., Царюк А. К., Потапов М. М., Брусніцин Ю. Д., Козлов Р. О. та ін. Однак питання одержання низьководневих марганцевосилікатних зварювальних плавлених флюсів в літературі мало вивчені і для їх вирішення потрібно проведення додаткових досліджень.

Дослідження розподілу форм існування водню в марганцевосилікатних зварювальних плавлених флюсах.

У літературі вважається загальновизнаним висновок Ю. Д. Брусніцина про те, що основна кількість водню в плавлених флюсах знаходиться у формі “цеолітної” води, яка адсорбується при їх виготовленні на етапі мокрої грануляції, незалежно від будови їх зерен (пемзоподібної, каменеподібної, склоподібної), і видаляється в температурному інтервалі 200 – 1100оС. У роботах Потапова М. М., Петрова Г. Л. цей висновок був розповсюджений на марганцевосилікатні плавлені флюси. Однак з мінералогії відомо, що вода, адсорбована в структурних порожнинах природних і синтетичних цеолітів, видаляється при нагріванні до температур, близьких до 400оС.

Розподіл форм існування водню в плавленому флюсі АН-348А досліджували методами ІЧ-спектроскопії, термогравиметрії і газової хроматографії. Проведений хроматографічний аналіз термічної десорбції водню з флюсу АН-348А, отриманий при відключеному конверторі газів, що містять водень (Н2О, HF), показав, що виділення водню у вигляді Н2 із флюсу не відбувається. При підключенні конвертора відзначається істотне виділення водню у вигляді води при нагріванні флюсу. Отже, в плавленому флюсі АН-348А водень знаходиться не у формі іонів Н+, а у формі молекул води чи іонів ОН-. Для їх роздільної ідентифікації був проведений порівняльний аналіз характеру термічної десорбції водню з плавленого флюсу АН-348А і синтетичного цеоліту NaA, що містить водень у формі молекул води.

Термічна десорбція води з цеоліту досягає максимуму при температурі 190оС і припиняється при температурі 535оС. Характер десорбції водню при нагріванні флюсу АН-348А (мал. 1) відрізняється від десорбції водню з цеоліту. Істотне виділення водню починається при нагріванні вище 600оС. При цьому основна кількість водню виділяється в області температур 930 – 990оС. Подібний високотемпературний характер видалення водню має місце при нагріванні алюмосилікатів (каоліну в діапазоні температур 440 – 640оС, слюди мусковіт до 1000оС) і металургійних шлаків вище температур 750оС, в яких водень знаходиться у вигляді гідроксильних груп.

При витримці цеоліту на повітрі після прожарювання він здатний адсорбувати воду з повітря до вихідного перед прожарюванням вмісту. У флюсі АН-348А після прожарювання при 800оС на протязі 2 годин і витримки на повітрі протягом 30 діб високотемпературна фракція води не відновлюється. Проведені дослідження свідчать про те, що основна частина водню знаходиться у флюсі АН-348А у формі іонів гідроксилу, а не у вигляді «цеолітної» води.

Дослідження впливу технології виробництва марганцевосилікатних зварювальних плавлених флюсів на вміст у них водню.

Проведений аналіз сировинних матеріалів, які застосовуються при виготовленні марганцевосилікатних зварювальних плавлених флюсів, показав, що вони містять значні кількості водню, а саме: марганцевий концентрат – 9600 – 9800 см3, плавікошпатовий концентрат – 330 – 560 см3, кварцевий пісок – близько 250 см3 на 100 г речовини. Характер десорбції водню з цих матеріалів при нагріванні свідчить, що основна частина водню видаляється з них при температурах вище 200оС. Технологічний процес підготовки сировинних матеріалів до плавки не дозволяє істотно знизити вміст у них водню. Проведений розрахунок показав, що загальний вміст водню у вихідній шихті для виплавки в електродуговій печі 100 г флюсу АН-60 складає 10400 см3/100 г виплавлюваного флюсу. Таким чином, сировинні матеріали є основним джерелом надходження водню в плавлені флюси.

Марганцевосилікатні плавлені флюси близькі за хімічним складом, але виплавляються в різних печах: флюси АН-348А і ОСЦ-45 – у газополуменевих, а флюси АН-60, АН-348АП і ОСЦ-45М – в електродугових. Ці печі відрізняються температурним режимом плавки. Досліджено залежність вмісту розчиненого у флюсі водню від температури шлакового розплаву. Вміст водню в шлаковому розплаві флюсу АН-348А, нагрітому в газополуменевій печі до температури 1400оС, склав 40, 6 см3/100 г. Після подачі розплаву по жолобу в електродугову піч і доведення його до температури 1530оС він знизився до 14, 9 см3/100 г. При виплавці флюсу АН-60 в електродуговій печі температура розплаву впродовж плавки збільшувалася з 1500 до 1700оС, а вміст розчиненого в ньому водню знижувався з 20, 0 до 6, 9 см3/100 г. 

Важливим технологічним етапом, відповідальним за вміст водню у флюсі, є грануляція розплаву. Вивчено вплив температури шлакового розплаву перед зливом його у воду на вміст водню в готовому флюсі (після відстою для стоку води, сушіння і розсіву). При грануляції шлакового розплаву флюсу АН-348А, нагрітого в газополуменевій печі до температури 1400оС, вміст водню в готовому флюсі збільшується незначно (на 10%) у порівнянні з його вмістом у розплаві (44, 8 і