/
Author: Сидлин З.А.
Tags: технология обработки без снятия стружки в целом: процессы, инструмент, оборудование и приспособления отдельные машиностроительные и металлообрабатывающие процессы и производства машиностроение металлургия электросварка дуговая сварка металлообработка
ISBN: 978-966-8409-24-0
Year: 2009
Text
3. А. Сидлин
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ
Киев
« Экотехнология»
2009
ББК 34.641
С 34
УДК 621.791.75
Сидлин 3. А.
С 34 Производство электродов для ручной дуговой сварки. —
К.: «Екотехнолопя», 2009. — 464 с.
ISBN 978-966-8409 24-0
Детально описаны все стадии технологического процесса производства металлических покрытых электродов для ручной дуговой сварки, применяемые материалы и оборудование. Даны теоретические основы процессов, протекающих как при изготовлении, так и при применении электродов. Особое внимание уделено вопросам обеспечения качества продукции.
Книга предназначена для инженерно-технического персонала, мастеров и рабочих электродных производств, может быть использована для индивидуальной подготовки рабочих на производстве, для повышения квалификации работающих.
ББК 34.641
ISBN 978-966-8409-24-0
© 3. А. Сидлин, 2009
© Оформление. «Экотехпология», 2009
Предисловие
Среди различных способов сварки плавлением на одном из первых мест по абсолютному объему применения находится ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Существует целая подотрасль — электродное производство, где выпуском электродов занимаются несколько сотен специализированных предприятий, цехов и участков различных форм собственности. При этом значительное количество персонала не имеет, как правило, специальной подготовки и обучается, главным образом, непосредственно на производстве. К сожалению, современные учебные пособия по данной тематике отсутствуют. По этим причинам приобретение опыта происходит методом проб и ошибок, со значительными экономическими потерями.
Вопрос о назревшей необходимости создания современной монографии по электродному производству неоднократно ставился на заседаниях Совета Ассоциации «Электрод» предприятий стран СНГ. При подготовке данной книги автор попытался обобщить не только собственный многолетний исследовательский и производственный опыт, но и данные ученых и практиков, опубликованные в последние годы в открытой печати и разбросанные по многим изданиям. В книге не содержится подробных сведений о промышленной номенклатуре электродов и об их применении. Такие материалы заинтересованный изготовитель электродов сможет найти в изданной в России и Украине книге «Ручная дуговая сварка. Материалы. Оборудование. Технология» авторов С. Н. Жизнякова и 3. А. Сидлина.
Книга призвана помочь рабочим, мастерам и инженерно-техническому персоналу электродных производств понять основы технологических переделов, что позволит повысить их профессиональный уровень и в результате повлияет на повышение качества и конкурентоспособность выпускаемых электродов, а в конечном итоге — на повышение надежности сварных конструкций.
Ав юр посвящает книгу отцу — заслуженному тренеру СССР Абраму Моисеевичу Сидлину, учителю — лауреату Государствен
3
ной премии СССР Евгению Владимировичу Соколову, другу — лауреату премии Совета Министров СССР Хрисанфу Лазаревичу Яровинскому.
Автор глубоко признателен директору ООО «Техпром» Елене Александровне Палиевской за создание условий для подготовки книги.
С благодарностью автор примет конструктивные критические замечания и пожелания по книге, которые просит направлять в адрес издателя.
4
Глава 1.
История электродного производства
Роль и значение электродов в сварочном производстве
Способность металлов свариваться человек открыл давно. Еще в древности применяли кузнечную сварку, при которой соединяемые части подвергали общему нагреву без расплавления, а затем совместной проковке. Сварочное ремесло развивалось медленно, принципиально новый этап в развитии сварки как процесса начался в XIX в.
В 1802 г. профессором физики Медико-хирургической академии в Санкт-Петербурге Василием Владимировичем Петровым (1761-1834 гг.) было открыто явление электрического разряда в газах — электрической дуги. В книге В. В. Петрова, изданной в 1803 г., содержались посылки на возможность использования дугового разряда для сварки плавлением. Создание промышленного способа электрической дуговой сварки металлов связано с именами российских изобретателей Николая Николаевича Бенардоса и Николая Гавриловича Славянова. Талантливый ученый и инженер Н. Н. Бенардос (1842-1905 гг.) предложил и практически осуществил в 1881 г. электродуговую сварку металлов угольным электродом с использованием электрической дуги — самого концентрированного источника локального нагрева из известных в то время. Такой способ сварки был назван им «электрогефестом» — в честь древнегреческого бога-кузнеца.
Большое промышленное значение изобретения Н. Н. Бенардоса было быстро оценено современниками. В 1892 г. он был удостоен высшей награды Русского технического общества — Золотой медали, в 1899 г. получил звание Почетного инженера-электрика. Изобретенный им способ дуговой сварки, при котором электрическая дуга возбуждалась между свариваемым изделием и угольным электродом, уже в 1887-1888 гг. применяли в различных городах России.
5
Сварку производили на заводе Гужона (ныне металлургический завод «Серп и Молот») в Москве, в мастерских компании «Электро-гефест», принадлежавшей изобретателю и его финансовым компаньонам, в Санкт-Петербурге, на Коломенском машиностроительном заводе в Голутвине (Московская обл.) и в ряде других мест.
Во многих странах мира также началось практическое использование электросварки.
Существенное усовершенствование в электросварку внес другой российский изобретатель, инженер-металлург Н. Г. Славянов (1854-1897 гг.). Он заменил угольный электрод, применение которого приводило к пористости металла шва и высокому содержанию в нем углерода, на металлический. Расплавляясь, металлический электрод поступал в ванну в виде дополнительного присадочного металла. Процесс, названный Н. Г. Славяновым «электрическая отливка металлов» и запатентованный автором в 1890-1891 гг. в ряде стран (России, Англии, Германии, Франции и др.), стали широко использовать в промышленности. Этот способ в присутствии государственной комиссии впервые был испытан 18 октября 1888 г., и эту дату можно считать днем рождения российской электросварки. Сварку по методу Н. Г. Славянова производили под шлакообразующим покрытием, создаваемым путем введения в сварочную ванну битого стекла. Н. Г. Славянов рекомендовал и металлургическую обработку ванны расплавленного металла путем введения в нее ферросплавов, в первую очередь, ферромарганца [1, 2].
В 1905 г. шведский инженер О. Кьельберг предложил наносить на электроды слой покрытия из различных веществ, повышающих стабильность горения дуги. Такие покрытия улучшили защиту зоны сварки, что, в свою очередь, повысило качество швов. Английский химик А. Строменгер предложил использовать стальные стержни с оплеткой из синего асбеста, содержащего соединение железа, которыми уже в 1911 г. в Лондоне начали ремонтировать трамваи и суда. Э. Джонс в 1914 г. предложил покрытие, состоящее из трех частей измельченного шлака и одной части известкового ила, замешиваемое на силикате натрия и напрессовываемое на стержень под давлением. В 1916 г. американские инженеры О. Андрус и Д. Стресау изобрели электрод, стержень которого был обернут полоской бумаги, приклеенной конторским клеем (жидким натриевым стеклом). При сгорании бумаги образовывались газ и дым, улучшавшие защиту зоны сварки. Присутствие в дуговом разряде ионов натрия повышало стабильность горения дуги. Такой электрод явил
6
ся прообразом современных электродов с целлюлозным покрытием. Это и другие технические усовершенствования привели к появлению в тридцатых годах XX в. на мировом промышленном рынке «толстопокрытых» электродов, к которым относятся подавляющее большинство марок, выпускаемых в настоящее время.
С тех пор ручная дуговая сварка покрытыми электродами является ведущим способом сварки плавлением, хотя в последние годы ее заметно потеснили механизированные способы сварки. Прогресс дуговой сварки обусловлен главным образом совершенствованием сварочных электродов.
Хронология разработки электродов для дуговой сварки в основном по версии историка сварки А.Н.Корниенко (ИЭС им. Е.О. Па-топа НАН Украины) [3]:
1881 г. — пучок электродов с центральным неплавящимся (угольным) электродом (Н.Н. Бенардос, Россия);
1888 г. — металлический плавящийся электрод без покрытия (Н.Г. Славянов, Россия);
1905 г. электрод с обмазкой — известь, силикат натрия (О. Кьсльберг, фирма ЭСАБ, Швеция);
1905 г. — нанесение покрытия окунанием электрода в раствор силиката натрия (О. Кьельберг);
1909 г. — электрод с оплеткой из асбеста, закрепляемого силикатом натрия (А. Строменгер, фирма «Квази-арк-велдинг», Великобритания);
1911 г. — пучок металлических покрытых электродов (А. Строменгер);
1914 г. — покрытие из шлака и известкового ила (Э.Г.Джонс, Великобритания);
1915-1920 гг. — стержень с покрытием из ржавчины и извести (рабочие-сварщики США);
1916 г. — стержень, обернутый бумажной лентой с силикатом натрия (О. Андрус и Д. Стресау, фирма «А.О. Смит», США);
1917 г. — стержень из никелированной проволоки с оплеткой из белого асбеста с покрытием из извести, плавикового шпата и силиката натрия — основное покрытие (Э.Г. Джонс);
1917 г. — покрытие из оксида титана с силикатом натрия — рутиловый электрод (фирма «А.О. Смит»);
1918 г. — покрытие с плавиковым шпатом;
1920 г. — покрытие с железным порошком (фирма «Электрик велдер», г. Глазго, Великобритания);
7
1920 г. — механизация нанесения покрытия (фирма «Квазиарк-велдинг»);
1921 г. — ручной пресс для напрессовки покрытия (Ф. Бертман, фирма «Атель», Швейцария);
1922 г. — пресс для выдавливания покрытия (фирма «Эллой велдинг продакте», США);
1924 г. — поточная линия по производству покрытых электродов (Р. Мауч, завод «Аркос», Бельгия);
1924 г. — сдвоенный электрод полукруглого сечения с изолированными токоподводами (Ж. Бетепо, Франция);
1924 г. — целлюлозное покрытие с силикатом натрия (Дж.Дж.Чайл, фирма «А.О. «Смит»);
1924 г. — нанесение покрытия методом опрессовки (Дж.Дж.Чайл);
1925 г. — стержень из низкоуглеродистой стали с асбестом и феррохромом для сварки коррозионностойких сталей (фирма «Эллой велдинг продакте»);
1926 г. — покрытие из оксида железа, марганца, кремния и графита — «экзотермический электрод для сварки чугуна, кислое покрытие» (Ф.Вертман);
1927 г. — покрытие с окалиной (фирма «А.О. Смит»);
1927 г. — покрытие из целлюлозной муки, ферромарганца, оксида титана с силикатом — электрод Е6010 (Дж.Дж. Чайл);
1928 г. — покрытие с содержанием железного порошка более 50% (В. Виллиген и Моерман, фирма «Филипс», Нидерланды);
1928 г. — электродное покрытие с оксидом титана и плавиковым шпатом для коррозионностойких сталей (Дж.Дж.Чайл);
1930 г. — электроды с основным покрытием с добавкой графита для сварки чугуна (фирма «С.А. Энерджи», Бельгия);
1930 г. — электродное покрытие на минеральной основе типа М-20, М-60 и М-70 (Дж.Дж. Чайл);
1931 г. — покрытие из феррохрома и кремниевой кислоты с алюминием, кремнием и марганцем («термитный» электрод, фирма «Атель»);
1931 г. — покрытие из ферромолибдена и кальция с алюминием, кремнием и марганцем (фирма «Атель»);
1932 г. — покрытие из ильменита (Р.Саразен и В.Белер, Франция);
1932 г. — дегидрированные электроды (Р.Саразен и М. Моней-рон, Франция);
1932 г. — комбинированный электрод для сварки чугуна из стального, медного и латунного стержней (С. Т. Назаров, СССР);
8
1934 г. — покрытие марки ВЭТ-26 с оксидами железа, кварцевым песком, полевым шпатом, мелом, ферромарганцем (М. Д. Кожевников, Всесоюзный электротехнический трест, СССР);
1935-1937 гг. — покрытия с ильменитом, оксидами железа, ферромарганцем, силикатом, крахмалом (серия ОММ, А. А. Ерохин, М. С. Куликов, К. В. Любавский, Оргаметалл, СССР);
1934 г. — низководородный электрод типа М-21 (Дж.Дж.Чайл);
1935 г. — электроды для сварки различных черных и цветных металлов: хардвелд, тулвелд, стайнвелд, алюминвелд и др. (фирма «Линкольн», США);
1935 г. — стержень звездообразного сечения с волокнистым материалом и пастой (фирма «Томсон-Хьюстон», США);
1935 г. — машина с экструзионным прессом и непрерывной подачей проволоки (Р. Саразен);
1936 г. — покрытие из оксида кремния, карбоната магния и глинозема (фирма «Вильсон велдер энд метл»);
1936 г. — электроды типа АН с покрытием из титанового концентрата, марганцевой руды, поташа и др. для сварки низкоуглеродистых и легированных сталей, наплавки изнашивающихся поверхностей (В. И. Дятлов, ИЭС им. Е.О. Патона, СССР);
1938 г. — рутиловые электроды с целлюлозой;
1938 г. — хромо-никель-молибденовые электроды типа SW-101 для высокопрочных сталей (Дж. Дж. Чайл);
1939 г. — электроды типа УОНИ-13 с фтористокальциевым (основным) покрытием (К. В. Петрань, НИИ №13, СССР)
Современные электроды при надлежащем качестве их изготовления и правильном применении позволяют обеспечить надежность сварных швов, удовлетворяющую самым строгим требованиям. Их используют, в том числе, при изготовлении и ремонте наиболее ответственных и сложных конструкций и сооружений из различных марок сталей и сплавов.
Трудами ученых и инженеров создан широкий ассортимент специализированных марок электродов. Каждая из них отвечает специфическим требованиям, предъявляемым в различных конкретных случаях. В одной марке технически сочетать такие требования невозможно. Эти электроды позволяют производить сварку нескольких тысяч марок сталей и сплавов, из которых изготовлено множество изделий, конструкций и сооружений. Поэтому основная задача работников электродных производств — выпуск продукции со стабильно высокими свойствами.
9
Сведения из истории производства покрытых металлических электродов в СССР
В России ручная электродуговая сварка впервые была промышленно использована в качестве ремонтной технологии в 1905 г. для судов, поврежденных во время русско-японской войны. До 20-х годов XX в. применение дуговой сварки было ограничено. Для сварки использовали голые стальные электроды (стержни без какого-либо покрытия на поверхности). Такими электродами можно было сваривать только малоответственныс конструкции из углеродистых сталей.
Централизованное производство электродов отсутствовало, поэтому заводы, применявшие дуговую сварку, делали их сами. Использовали мягкую стальную проволоку диаметром 2-6 мм. Пригодность ее определяли в процессе сварки: требовалось мягкое плавление электрода, спокойное горение дуги и глубокий провар свариваемого металла. Проволоку резали на прутки произвольной длины (обычно 400 мм), выправляли, и на этом цикл производства электродов заканчивался.
В 20-х годах XX в. распространение получили электроды с тонкими (ионизирующими) покрытиями. Сварку такими электродами применяли, главным образом, для ремонтных работ и изготовления простых изделий. Электроды делали кустарно и в малых количествах. Пионерами электродного производства на территории бывшего Советского Союза следует считать Харьковские паровозные мастерские, Днепропетровский металлургический завод им. Г. И. Петровского, Белорецкий завод.
Для ионизирующей обмазки применяли тонкоизмсльченный мел. Мел размешивали в воде, содержащей 25-30 об.% жидкого стекла, получая пасту. Пруток проволоки обмакивали в такую пасту, покрывая его тонким слоем обмазки. Отношение массы покрытия к общей массе электрода не превышало 1-2%. После просушки покрытие обладало достаточной прочностью. Стабильность горения дуги при сварке была вполне удовлетворительной. В то же время малое количество покрытия на электроде не влияло на изменение физико-химических свойств металла шва, качество которого не намного превышало свойства швов, полученных при сварке голой проволокой.
Первые крупные сварочные работы в бывшем СССР были выполнены в 1920-1921 гг. на Дальзаводе во Владивостоке под руководством профессора В. П. Вологдина. Там же в 1928 г. при строи
10
тельстве моста была изготовлена сварная мостовая балка с пролетом 25 м. В Харьковских паровозных мастерских, где сварку начали применять с 1925 г., было налажено производство электродов. Их изготовлением занималась бригада из трех слесарей. Количество изготовляемых электродов покрывало потребность паровозных мастерских и ряда других предприятий.
Днепропетровский металлургический завод им. Г. И. Петровского освоил выпуск покрытых сварочных электродов в 1928 г. Сначала электроды выпускали только для собственных нужд, позд-нес — и для других предприятий. В 1930 г. завод изготовил 160 т покрытых электродов, в 1931 г. — 2000 т, в 1932 г. — 4000 т.
В 1932 г. началось производство электродов на Днепропетровском заводе им. К. Либкнехта. Всего в стране в то время выпускалось 13 тыс. т электродов. Такое количество покрывало лишь часть общесоюзной потребности. Поэтому многие заводы в полукустарных мастерских производили электроды невысокого качества для собственных нужд. Расширение объема применения дуговой сварки и возможность ее использования для производства ответственных конструкций стали реальностью только с разработкой и организацией выпуска толстопокрытых электродов. Как уже отмечалось, именно такие электроды выпускают и в настоящее время.
Реализация специальных постановлений Совета Труда и Обороны (1929-1932 гг.) обеспечила создание материально-технической базы производства сварочного оборудования и материалов. В частности, при акционерном обществе Оргаметалл было организовано подразделение по внедрению сварки, которое к 1936-1937 гг. развилось в Сварочный комбинат. В составе комбината в Москве был создан первый отечественный электродный завод (ныне Гра-фитЭл МЭЗ). Сварочный комбинат Оргаметалла и ряд исследовательских организаций страны занимались разработкой покрытых электродов и оборудования для их производства.
Усилиями отечественных исследователей были разработаны толстопокрытые электроды — наиболее крупное достижение техники дуговой сварки 30-х годов. Первые такие электроды марки ЛИМ были разработаны в 1932 г. Ленинградским институтом металлов (Н. М. Никитиных, А. П. Горячев и др.). Позже, в 1934 г., покрытые электроды были разработаны Опытным заводом Всесоюзного электротехнического треста (марка ВЭТ-26), Сварочным комбинатом Оргаметалла (марки ОММ-1, ОММ-2). Эти электроды предназначались для сварки конструкционных сталей.
11
В последующие довоенные годы в стране было создано достаточно много марок электродов с различными покрытиями. Среди них необходимо выделить электроды марок ОММ-3, ОММ-5, ОМА-2, серию электродов УОНИ-13. Целый ряд из созданных в тот период электродов, в частности уникальная серия УОНИ-13 и марка ОМЛ-2 (разработчик — Е. В. Соколов, Оргаметалл), успешно применяются и в наши дни для сварки ответственных конструкций. Для обмена накопленным опытом и определения путей дальнейшего развития электродного дела в феврале 1939 г. в Москве была проведена Всесоюзная конференция по электродам.
Если в вопросах разработки электродов был достигнут значительный успех, то промышленное изготовление электродов существенно отставало от потребностей. Их производство оставалось кустарным. Централизованный выпуск электродов в 1933 г. составлял 19 тыс. т (9 тыс. т в Белорецке и 10 тыс. т в Днепропетровске). К 1935 г. выпуск электродов существенно возрос — до 32 тыс. т, а в 1938 г. составил 42,7 тыс. т. Однако только 20% этого объема приходилось на толстопокрытые электроды. Переход к электродам с качественной обмазкой (толстопокрытым) взамен голых или тон-кообмазанных знаменовал собой поднятие сварочной техники на более высокий технический уровень, так как радикально улучшалось качество сварных соединений. Дальнейший рост выпуска электродов тормозила применяемая в те годы технология их изготовления методом ручного окунания (погружения).
При изготовлении электродов таким методом электродный стержень опускают в полужидкую обмазочную массу и равномерно, медленно, в строго вертикальном положении вытягивают наружу. Скорость извлечения стержня из обмазочной массы должна обеспечивать равномерное распределение покрытия по его длине. Применяли два способа — индивидуальный и фупповой (рамочный).
При индивидуальном способе обычно обмазывали одновременно два электрода. В зависимости от толщины покрытия, густоты и свойств обмазочных масс покрытие наносили в один или два слоя. В последнем случае после первого погружения электроды подвергали промежуточной воздушной сушке.
При групповом способе применяли простейшие приспособления. Стержни раскатывали на рифленой доске, их концы закрепляли зажимами, затем стержни погружали в обмазочную массу (рис. 1). После нанесения покрытия электроды устанавливали в специальные стеллажи на 8-16 ч для просушки, а затем прокаливали в течение
12
Рис. 1. Схема производства электродов методом окунания: 1 — поршень;
2 — площадка гидравлического подъемника; 3 — ванна;
4 — подвесная кошка;
5 — наборная рамка с электродными стержнями;
6 — монорельс;
7 — трехходовой кран, 8 — электродвигатель;
9 — шестеренчатый насос; 10 — масляный бак; 11 — гидравлический подъемник
45-90 мин в электрических печах. В зависимости от квалификации рабочих, размера производственных площадей и прочих факторов применяли групповой или индивидуальный способ.
Производительность метода ручного окунания и качество изготовляемых таким методом электродов уже не отвечали возросшим к тому времени требованиям промышленности. Новые технические возможности открыл механизированный способ нанесения покрытия опрессовкой под давлением на специальных прессах. Такие прессы были созданы в 1920-1930 гг. в разных странах. Первые ручные прессы конструкции Ф. Бертмана с зубчатой передачей (рис. 2) появились в Германии и Швейцарии. Их производительность достигала 50 электродов в минуту. Оригинальный способ и установку для непрерывного нанесения покрытия (рис.З) предложил француз Р. Саразен в 1935 г. Проволока сматывалась с бухты при ее вращении, проходила правку в роликах, направлялась в экструзионный пресс для нанесения покрытия, после чего разрезалась на отдельные штучные электроды и транспортером подавалась на сушку. Интересно отметить, что работающий по такому принципу агрегат российского производства до недавнего времени эксплуатировали на электродном предприятии в пос. Судиславль Костромской обл.
13
Первой отечественной машиной, изготовленной для электродной промышленности, явился горизонтальный пресс, разработанный Сварочным комбинатом треста Оргаметалл.
Из достижений в области электродов в предвоенные годы, кроме отмеченных ранее, следует выделить также разработку первых отечественных электродов для сварки высоколегированных сталей (К. Г. Николаев, И. Л. Тукацин-ский), создание способов механизированной! дуговой сварки покрытыми электродами. К последним относят сварку наклонным электродом (А. А. Силин, Д. П. Лу-негов) и сварку лежачим электродом с эксцентричным (неравномерным) слоем покрытия.
В годы Великой Отечественной войны в тяжелейших условиях ученые и инженеры-сварщики выполняли важные для военной промышленности работы по замене дефицитных материалов электродных покрытий и созданию новых марок электро
14
дов. Эти работы проводили в ряде институтов и заводских лабораторий. В качестве заменителя пищевых компонентов (крахмала и муки) была предложена древесная мука; полевой шпат в электродах ОММ-5 был заменен гранитом. Были созданы электроды для восстановительной наплавки изношенных штампов. На Уралмаше на основе модернизации электродов УОНН-13 были созданы электроды марки К 5А, применяющиеся и в наши дни. Появились электроды для холодной сварки чугуна, представляющие собой медный стержень диаметром 3-5 мм, обернутый полоской жести, с нанесенным сверху тонким слоем покрытия.
В послевоенные годы необходимость применения ручной дуговой сварки неуклонно возрастала, что требовало и роста объемов и номенклатуры выпуска электродов. В системе Министерства путей сообщения был создан Опытно-сварочный завод, специализированный на разработке и выпуске электродов для сварки конструкционных сталей с особыми требованиями, легированных и высоколегированных сталей, чугуна, цветных металлов, для наплавочных работ, успешно функционировавший вплоть до конца XX в.
В середине XX в. советскими учеными были проведены фундаментальные исследования по теории сварочных процессов применительно к ручной дуговой сварке (А. А. Алов, А. А. Ерохин, К. В. Любавский, А. Г. Мазель, Г. Л. Петров, И. К. Походня и др.), послужившие основой для создания гаммы промышленных электродов различного назначения. Электроды разрабатывали в таких крупных исследовательских центрах, как ЦНИИТМАШ, ИЭС им. Е. О. Патона, НИАТ, ЦНИИ КМ «Прометей», ВНИИСТ, ВНИИМСС, на Московском опытном сварочном заводе и ряде других организаций.
Было создано много марок электродов разнообразного назначения. Однако до конца пятидесятых годов XX в. основной объем электродов выпускали мелкие электродные заводы, цеха и мастерские. Требовалась организация централизованного производства и распределения электродов в масштабе всей страны. В те годы это было оправдано.
Централизация началась по специальному постановлению Совета Министров СССР от 21 сентября 1956 г. №1322 «Об организации централизованного производства электросварочных электродов». Потребовался пересмотр номенклатуры существовавших электродов, создание более металлургически и гигиенически совершенных их марок, технологичных в условиях поточного производ
15
ства с высокой степенью механизации. Разработанные в 1960-е годы XX в. рутиловые электроды марок МР-3, ОЗС-4, АНО-4 и в настоящее время занимают видное место в объеме выпуска электродов общего назначения, хотя и требуют модернизации. Было создано специализированное оборудование для производства электродов, спроектированы и сооружены цехи большой мощности: 10, 25 и 60 тыс. т электродов в год. Была разработана технология производства электродов методом опрессовки в непрерывном потоке.
В результате проведенных работ выпуск электродов в 1969 г. превысил 500 тыс. т, а в 1990 г. составил 677 600 т.
Электроды выпускали большей частью в крупных высокомеханизированных цехах мощностью 10 тыс. т электродов в год и более. Особое место занимали цехи мощностью 25 и 60 тыс. т электродов в год Одесского, Череповецкого и Орловского сталепрокатных заводов, Сулинского металлургического и Днепропетровского метизного заводов. Эти цехи были специализированы на выпуск электродов общего назначения, т. е. предназначенных для сварки углеродистых сталей. Номенклатура электродов ограничивалась одной-четырьмя марками двух-трех диаметров. На основных технологических операциях были применены поточно-автоматизированные линии. Именно за счет крупноспепиализированного производства в те годы удовлетворялась подавляющая часть потребности в электродах общего назначения. Ведущее место в суммарном объеме производства сварочных электродов занимали заводы Министерства черной металлургии.
Хуже обстояло дело с производством специальных и особо точных электродов для сварки разнообразных марок сталей и сплавов, применяемых в химической промышленности, производстве минеральных удобрений, энергетике, металлургии, машиностроении, для изделий из чугуна, цветных металлов, для восстановительной и изготовительной наплавки. Их централизованное производство в широкой номенклатуре для удовлетворения нужд различных отраслей народного хозяйства осуществлял практически один Московский опытный сварочный завод — в те годы базовое предприятие страны по созданию и производству спецэлектродов. Ограниченный выпуск таких электродов для собственных нужд был рассредоточен по предприятиям различных ведомств.
По уровню разработок и свойствам наплавленного металла отечественные электроды в достаточной мере отвечают современным техническим требованиям. По сварочно-технологическим свойст-
16
вам промышленных электродов, точности изготовления и внешнему виду необходимо доведение их до лучших показателей. И в первую очередь это относится к сварочно-технологическим свойствам электродов, совершенствование которых требует кропотливых квалифицированных исследований.
Главными показателями, определяющими возможность и перспективы применения электродов, являются показатели их качества, во многом зависящие от квалификации и добросовестности работников электродного производства. Продукцию, выпускаемую одним электродчиком, потребляют несколько десятков работников других специальностей и в первую очередь сварщиков. Очевидно, что потребитель вправе требовать электроды стабильно высокого качества по доступным ценам.
Производство электродов на постсоветском пространстве
После распада СССР на фоне резкого общепромышленного спада не избежало кризиса и электродное производство [4-6]. Но в каждом из вновь образованных государств проблемы сварочного, в т.ч. электродного, производства решаются по-разному, что связано с состоянием экономики страны и динамикой преобразований в промышленности. Республика Беларусь располагает производственными мощностями по выпуску до 32 тыс. т электродов общего назначения. Однако реальные объемы производства находятся на уровне 20% от номинальных мощностей (в 2000 г. — 5,3 тыс. т), в то время как годовая потребность Беларуси в электродах составляет более 15 тыс. т. При этом выпускаются только электроды общего назначения с рутиловым и ильменитовым видами покрытий. Крупнейший республиканский производитель электродов — Гомельский завод пусковых двигателей резко снизил выпуск электродов. Потребность в электродах восполняется импортом (в первую очередь из России).
В 1989 г. потребность Грузии в электродах превышала 8 тыс. т, а в 1994 г. составляла только 2,0-2,5 тыс. т, причем в республике электроды практически не производят. Собственными электродными производствами Грузия не располагает; к настоящему времени насчитывается несколько частных предприятий малой мощности с суммарным годовым выпуском электродов, не превышающим 1,5 тыс. т.
2 - 9-423
17
Q 2 н и с ч о е sc с ч со § X X с о X к U X с ё S к я И Е п \с rt f- ts5 1 CV 1 <sj £ дл Э\ V 3> □> лскт 1 Q(j(jp 1 россия | у\раи-ца 1 СНГ 1 Россия 1 Украина 1 СНГ ] Россия 1 Украина 1 СНГ | Россия 1 Украина | 677,6 483,9 152,7 205,6 \ l53,8 41,2 \277,4\ 224,6 | 35,8 290.8 \ 223,7 52,0 [рутиловые и ильменитовые: I тыс. т | 549,3 | 374,1 I 134,2 1 157,1 J122,9 1 23,6 [ 199,51 156,6 | 30,0 [ 187,3 | 130,6 [ 43,2 1 % 1 81,1 | 77,4 I 87,9 ] 76,5 1 81,7 I 57,3 I 64,9 1 69,7 1 84,0 Г 64,5 | 58,4 1 83,0 1 С 2 X сс С X и С Г тыс.т 1 93,6 I 79,6 | 14,0 | 40,6 | 23,3 1 17,3 | 62,9 | 58,2 | 5,3 | 87,3 | 77,5 | 8,3 | | % | 13,8 | 16,4 1 9,2 1 19,7 | 15,1 1 42,0 | 31,5 ] 25,9 | 14,6 Р30,0 | 34,6 | 16,0 | I Специальные: J 1 тыс т 1 34.7 ! 30.9 1 4.5 1 7.9 1 7.6 1 0.3 1 10.0 I 9.8 I 0.5 I 16.1 I 15.6 i 0.5 1 1 % | 5,1 I 6,2 1 2,9 | 3,8 | 3,2 1 0,7 1 3,6 | 4,4 J 1Д [ 5,5 j 7,0 [ 1,0 | S 2 3 с Л о Ж 03 «=( тыс.т 1 59.5 40.2 1 12.8 1 45.6 1 31.6 1 12.0 I 83.4 I 48.7 I 10.0 1 89.1 1 68.5 1 16.2 1 с ZZ CZ 0* СХ СХ CZ с О" сг 1Г с <Х сх с\ сх SJ а О’ ОС ОС ос \С сХ S 2 '«Г 2 с а. fc X 1 тыс.т | 361,6 | 246,4 ( 97,7 1 136,1 1 106,4 I 23,7 ] 154,9] 141,2 1 20,2 1 168,6 [ 128,7 | 30,8 1 % 1 53.3 1 50.9 1 64.0 1 66.9. 1 69.9. 1 57.5 1 55.8 1 62.9 1 56.4 1 58.0 1 57.5 Г 59.2 1 ! Диаметром 5 мм: ) ст м СХ сс сх О- 1Г X- X а г* 1Г 1Г X а СХ с а X сг а сх с. У' 1 .35.7 1 38.6 1 95.5 1 10.6 1 9.0 1 1.3.3 1 14.0 I 15.3 1 15.1 I 113 I 11.8 9.4 1 Примечание. Суммарный объем выпуска электродов диаметром 1,6; 2J); 2,5 и 6,0 мм незначителен и при классификации по диаметрам пе учтен.
18
Собственными электродными производствами располагают Казахстан: Соколово-Сорбайский ГОК, Карагандинский завод металлоконструкций, ТОО «Тамыр-электрод» (Экибастуз), Казцветре-монт, Тургенский РМЗ, завод спецэлектродов (г. Аксу), Павлодарская производственная фирма «Электрод»; Узбекистан: Чирчик-сельмаш, АО «Электрод» (Ташкент), ГМК (Навои), TGM (Фергана); единичные производства есть в других странах СНГ и Балтии, в частности, ЗАО «Аникшю Варис», Литва. Но доля всех этих стран в производстве на постсоветском пространстве составляет максимально 4-6%, в то время как потребность в электродах достаточно значительна. Так, в январе-октябре 2001 г. в Казахстан было ввезено 7,7 тыс. т электродов, в т. ч. 6,6 тыс. т из России. В целом производство электродов в СНГ определяется объемами их выпуска в России и Украине, что видно из данных табл. 1.
За анализируемый период произошел определенный сдвиг в сторону снижения средневзвешенного диаметра электродов как реакция производителей на запросы потребительского рынка. При плановом хозяйстве доминирование валовых показателей являлось ведущей причиной преобладания в сортаменте электродов больших диаметров: доля электродов диаметром до 3,0 мм составляла менее 10%, а электроды диаметром 2,0 и 2,5 мм выпускали только три предприятия страны и в незначительных объемах. В то же время в мировой практике доля электродов диаметром до 3,25 мм доходит до 60%. При отмеченном выше снижении объемов общего выпуска электродов вырос физический объем выпуска электродов диаметром 3,0 мм — на 29,6 тыс.т, а их доля в общем объеме резко возросла: с 8,8 до 30,6% (см. табл. 1), что отвечает запросам потребителей. Этот факт является тем более положительным, что разница в ценах электродов диаметром 3,0 и 4,0 мм незначительна и не покрывает увеличение затрат производителей электродов. Резко снизился объем производства электродов диаметром 5,0 мм. Существенно возросла доля электродов с основным покрытием, применяемых для более ответственных конструкций [7, 8].
В новой политической и экономической обстановке ситуация на электродном рынке коренным образом изменилась, и вновь появились объективные условия для возникновения и успешного функционирования малых электродных предприятий. К таким условиям относятся современные реалии — высвобождение квалифицированной рабочей силы, прежде недоступной для малых электродных производств, появление отечественного специализированного,
19
достаточно эффективного оборудования, заинтересованность местных властей в создании новых рабочих мест, а также относительно низкие накладные расходы и первичные затраты, быстрая окупаемость, простота в управлении, близость к потребителю и пр.
На небольших предприятиях обычно формируется благоприятный психологический климат. Важнейшим является и то обстоятельство, что малые электродные цеха появляются в «глубинке», что позволяет решать социальные вопросы, обеспечивая новые рабочие места, налоговые поступления в местные бюджеты.
Не секрет, что при описанных преимуществах малых предприятий их «узкими местами» даже при оптимальной организационной схеме являются сложность в материально-техническом обеспечении, повышенная чувствительность к рыночным колебаниям. И, особенно на первом этапе работы, отсутствие квалифицированного персонала. (Автор рассчитывает, что данная книга в определенной мере поможет в решении этой проблемы).
Многие крупные производства не выдержали конкуренции и были закрыты. В то же время открыто электродное производство на ЗапСибметкомбинате, построен новый цех на Магнитогорском меткомбинате, произведена модернизация оборудования на Лосиноостровском электродном заводе, Опытном заводе сварочных материалов ИЭС им. Е. О. Патона и др. Резко активизировалась на рынке СНГ деятельность ведущих мировых продуцентов, с переносом упора на создание собственных производств. В конце 2000 г. фирма ЭСАБ приобрела контрольный пакет акций одного из старейших российских производителей электродов — фирмы «СВЭЛ» (электродное производство судостроительного завода им. А. Жданова, С.-Петербург) и организовало ЗАО «ЭСАБ-СВЭЛ». Особо следует отметить наличие в номенклатуре выпуска этого предприятия российских электродов. Все это свидетельствует о заинтересованности промышленности в электродах как виде расходной продукции.
Перспективы развития электродного производства определяются масштабом применения ручной дуговой сварки покрытыми электродами и структурой свариваемых изделий. Применительно к постсоветскому пространству ручная дуговая сварка в обозримый период времени будет являться основным способом дуговой сварки, обеспечивая не менее 50-60% общего объема сварочных работ. Соответственно основным сварочным материалом останутся электроды. Однако в последующие годы доля покрытых электродов
20
среди сварочных и присадочных материалов будет уменьшаться, а общий выпуск электродов, вероятно, будет изменяться не очень значительно.
Претерпит изменения структура выпускаемых электродов. Для конструкционных сталей это связано с увеличением доли низколегированных сталей повышенной прочности и хладостойкости, широким внедрением малометаллоемких видов проката. Кроме того, будет возрастать выпуск и потребление высоколегированных сталей и сплавов, сплавов цветных металлов, использование наплавки. Для всех перечисленных металлов и процессов потребуются соответствующие электроды.
Возрастет объем выпуска электродов малого диаметра (1,6-2,0-2,5 мм), еще более увеличится доля электродов диаметром 3,0 мм, специальных электродов для наплавочных работ, электродов для сварки и наплавки цветных металлов и их сплавов.
Используемые при сварке покрытые электроды должны быть удобны в применении и, главное, обеспечивать при соблюдении технологии сварки гарантированную надежность и безопасность получаемых сварных соединений. Это может быть достигнуто только при высоком уровне разработки самих электродов и наличии современного электродного производства с хорошо подготовленным персоналом. Такое производство предполагает применение прогрессивного оборудования, совершенного технологического процесса изготовления, эффективной системы управления качеством, а также наличие высококвалифицированного состава исполнителей. Последние должны как владеть своей основной специальностью, так и иметь достаточное представление о собственно ручной дуговой сварке, знать условия и особенности применения изготавливаемых ими электродов. Специалист электродного производства должен понимать влияние параметров технологического процесса изготовления на характеристики получаемых электродов и, как следствие — на процесс ручной дуговой сварки и качество сварных соединений. Ведь электрод может явиться причиной разрушения конструкции, аварии, техногенной катастрофы. Именно дефекты сварных швов стали причиной крушения морской стационарной платформы для добычи нефти в Норвежском море, гибели американской подводной лодки «Трешер», разрушения нефте-резервуаров в Краснодарском крае, разрыва ниток ряда магистральных трубопроводов и пр. Поэтому только уверенность потребителя в гарантированном качестве электродов является основным
21
условием востребованности продукции конкретного электродного производства.
Общее представление о технологии изготовления электродов
Когда используют какое-либо понятие, полезно заглянуть в историю его формирования, лингвистику. В слове «технология» два корня древнегреческого происхождения: «техно» (от греческого techne) — искусство, мастерство, умение, и «логия» (от греческого logos) — наука о способах доказательств. Таким образом, искусство и наука объединены в едином понятии. Представляется, что корни этого слова очень точно отражают смысловую нагрузку термина «технология».
До последнего времени этот термин использовали, преимущественно, в инженерных науках, давая в каждой отрасли свое определение. Например, одно из определений этого понятия, ориентированное, главным образом, на машиностроение, звучит так: «Технология — это совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материалов и полуфабрикатов, осуществляющихся в процессе производства продукции». Это определение значимо каждым своим словом, и для целей электродного производства является, пожалуй, всеобъемлющим.
Однако слово «techne» имеет и другое значение: то, «что зависит от нас самих», в противовес «предопределенному, неизменному». И оно говорит об открывающихся возможностях при соответствующем уровне производства, в т. ч. квалификации специалистов, управления процессами. Поэтому технология в широком смысле слова — оптимизированная последовательность способов достижения заданной цели.
Технология изготовления электродов, как и любая другая технология, самым тесным образом связана с оборудованием для ее реализации и теми схемными решениями, которые заложены в этом оборудовании. Причем лимитирующим показателем в современных реалиях может быть качество изготовления оборудования.
Цикл технологического процесса изготовления электродов показан на рис. 4. Его дополняют обязательные операции входного и операционного контроля, приемо-сдаточные испытания электродов, а также операции, связанные с повторным использованием электродных стержней и покрытия.
22
23
Глава 2.
Покрытые электроды для сварки и наплавки
Общие сведения
Современный сварочный электрод представляет собой металлический цилиндрический стержень с заданными длиной (250-450 мм) и диаметром (1,6-6 мм) (электроды других размеров применяют крайне редко) и равномерно нанесенным на его поверхность покрытием. Б зависимости от назначения электродов и требований к их свойствам для изготовления электродов применяют стержни из металлов различных составов, а покрытие готовят из разнообразных количеств и сочетаний порошков руд, минералов, металлов и сплавов, химикатов. Этим порошкам с помощью связующего придают необходимые свойства, покрытия наносят методом опрессовки под давлением на стержни.
Конструктивно электрод выглядит просто (рис. 5). Часть электрода оставляют свободной от покрытия, чтобы обеспечить электрический контакт между стержнем и электрододержателем и тем самым — возможность процесса сварки. Контактный торец электрода без по-
<(/+201
Рис. 5. Схема электрода: 1 — стержень; 2 — участок перехода; 3 - покрытие; 4 — контактный торец; d — номинальный диаметр электрода; D — диаметр покрытия; I — длина зачищенного от покрытия конца
24
крытия обеспечивает электрический контакт электрода со свариваемым металлом в первичный момент сварки. Покрытые электроды именно такой конструкции выпускают и применяют во всем мире.
При внешней простоте конструкции современный электрод представляет собой сложную металлургическую и технологическую систему. Металлургические процессы при дуговой сварке покрытыми электродами протекают при высоких температурах, с малой массой и объемом реагирующих веществ и за кратчайшее время. Стабильность состава и свойств металла шва может быть обеспечена только при надлежащем качестве изготовления электродов.
Внешний вид электродов часто приводит к ошибочному представлению, что их качество определяется только маркой металла стержня и рецептурой покрытия. Однако многолетняя практика свидетельствует о другом. Известны примеры, когда одно предприятие выпускает электроды стабильно высокого качества, а другое, используя те же материалы и рецептуру, производят электроды той же марки со значительно пониженными показателями технологических и эксплуатационных свойств.
Технология изготовления электродов оказывает самое существенное, часто решающее влияние на их качество. Она должна стабильно обеспечивать легкую опрессовку электродов с получением бездефектного покрытия после их термообработки; возможность беспрепятственного выполнения сварки (наплавки) в положениях, регламентированных технической документацией на электроды; хорошее формирование сварных швов и достаточно легкую отделимость шлаковой корки; соответствие физико-химических характеристик металла шва (наплавленного металла) установленным нормам. Перечисленные требования могут быть выполнены только при жестком соблюдении технологической дисциплины по каждой операции.
Электроды для ручной дуговой сварки и наплавки условно подразделяют на две большие группы: электроды общего назначения и электроды специального назначения.
К электродам общего назначения относят марки, отвечающие требованиям ГОСТ 9467-75 к типам от Э38 до Э60 включительно, которые предназначены для сварки углеродистых и низколегированных сталей.
К электродам специального назначения относят:
• электроды типов от Э70 до Э150 по ГОСТ 9467-75. предназначенные для сварки легированных сталей повышенной и высокой прочности с временным сопротивлением разрыву свыше
25
590 МПа, а также электроды для сварки легированных теплоустойчивых сталей;
• электроды для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами, отвечающие требованиям ГОСТ 10052-75 или соответствующих технических условий;
• электроды для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами, отвечающие требованиям ГОСТ 10051-75 или соответствующих технических условий;
• электроды для сварки и наплавки цветных металлов и их сплавов, чугуна, отвечающие требованиям специальных технических условий;
• электроды для резки металла, отвечающие требованиям специальных технических условий;
• электроды для сварки и резки под водой, отвечающие требованиям специальных технических условий.
Обычно полагают, что электроды общего назначения более просты в производстве, чем специальные. Однако существуют марки, формально относящиеся к электродам общего назначения, которые требуют такого же особо тщательного и точного выполнения всех операций, как и большинство марок электродов специального назначения. Например, электроды УОНИ-13/55К по прочностным характеристикам металла шва относят к электродам общего назначения. Однако документацией на эту марку предписаны узкие пределы не только содержания кремния, марганца и углерода, но и значений прочностных характеристик металла шва и, одновременно — его повышенные пластические свойства. Очевидно, что изготовление подобных электродов предъявляет такие же высокие требования к техническому уровню производства, как и изготовление электродов специального назначения.
Общие технические требования к электродам
Плавящиеся покрытые металлические электроды должны отвечать определенным техническим требованиям. На постсоветском пространстве действуют следующие государственные стандарты на сварочные и наплавочные электроды:
1. ГОСТ 9466-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки сталей и наплавки. Классификация, размеры и общие технические требования».
26
2. ГОСТ 9467-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки конструкционных и теплоустойчивых сталей. Типы».
3. ГОСТ 10051-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами. Типы».
4. ГОСТ 10052-75 «Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами. Типы».
В Украине с 01.01.2006 г. введен в действие национальный стандарт ДСТУ ISO 2560:2004 «Покрытые электроды для ручной дуговой сварки нелегированных и мелкозернистых сталей». В последующем следует ожидать появления и других национальных стандартов, базирующихся на международно признанной документации.
Кроме указанных стандартов, на электроды конкретных марок должны иметься стандарты (отраслевые — ОСТы, предприятий — СТП) или технические условия (ТУ).
Электроды марок, не относящихся к типам по ГОСТ 9467-75, ГОСТ 10051 75 или ГОСТ 10052 75, должны быть изготовлены в соответствии с требованиями ГОСТ 9466 75 и стандартов или технических условий на электроды конкретной марки.
Основным стандартом является ГОСТ 9466-75, который и устанавливает общие технические условия на все применяемые электроды, кроме электродов для наплавки поверхностных слоев из цветных металлов и сплавов, сварки и наплавки чугуна, электродов для резки и строжки металлов, электродов для подводных работ.
Размеры электродов должны соответствовать указанным на рис. 5 и в табл. 2. Электроды диаметром 8,0; 10,0 и 12,0 мм в промышленности практически не применяют.
Стержни электродов должны быть из сварочной проволоки, предназначенной для изготовления электродов, по ГОСТ 2246-70 «Проволока стальная сварочная. Технические условия» или по техническим условиям, устанавливающим химический состав металла проволоки и предусматривающим остальные требования по ГОСТ 2246-70.
Покрытие электродов должно быть плотным, прочным, без вздутий, пор, наплывов, трещин и неровностей, за исключением поверхностных трещин, местных вмятин и задиров, допускаемых в пределах норм, указанных в табл. 3. С технической точки зрения наиболее опасными из поверхностных дефектов являются трещи-
27
Таблица 2. Размеры электродов, мм
Номинальный диаметр электрода d, определяемый диаметром стержня Номинальная длина, L, электрода со стержнем из сварочной проволоки (предельное отклонение ±3) Длина, 1, зачищенного от покрытия
низкоуглеродистой или легированной высоколегированной отклонение ±5)
1,6 200, 250 150,200 (250) 20
2 250(300) 200,250 (300)
2,5 250,300 (350) 250(300)
3 300,350 (450) 300,350 25
4 350,450 350(450)
5,0; 6,0; 8,0 450 350,450
10,0; 12,0 450 350,450 30
Примечания: 1. Размеры, указанные в скобках, не рекомендуются. 2. Допускается изготовлять электроды с номинальным диаметром 3,15; 3,25; 6,3 и 12,5 мм. 3. По соглашению между изготовителем и потребителем может быть установлена иная длина электродов. 4. Форма зачистки покрытия со стороны контактного торца электрода должна быть конусной, округлой или переходной между конусной и округлой. При этом угол конусности и радиус кривизны не регламентируются, однако в любом случае контактный торец электрода должен быть свободен от покрытия. 5. На отдельных электродах, суммарное число которых не должно превышать 10% общего числа контролируемых электродов, допускается: плоская зачистка покрытия на контактном торце электрода по всему периметру или на отдельных участках при условии отсутствия покрытия на поверхности контактного торца; увеличение предельных отклонений длины электрода до +4 мм. 6. На контактный торец электрода может быть нанесен слой ионизирующего вещества, облегчающего возбуждение сварочной дуги.
Рис. 6. Схема эксцентричного расположения покрытия
ны и поперечные надрывы, превышение норм по которым может при сварке привести к нарушению процесса, вплоть до опадания кусочков покрытия, и дефектности сварного шва. Также опасна оголенность стержня у контактного торца, приводящая к пористости наплавленного металла в начальной момент сварки (так называемая «стартовая пористость»), для высоколегированных электродов — и к ло-
28
калькой коррозии металла шва, а для электродов с легирующим покрытием — дополнительно к существенному изменению химического состава металла шва в локальных участках.
Разность толщины покрытия в диаметрально противоположных участках электродов е {e=S-Sit рис. 6) не должна превышать нормативных значений, указанных в табл. 4. На практике превышение
Таблица 3. Нормы поверхностных дефектов покрытий электродов
Вид дефекта и контролируемые параметры Предельный допуск по нормам ГОСТ9466-75
Поры:
количество Не допускаются (3)
диаметр (1,5 мм — для <1эл<4 мм); (2,0 мм — для d3JI > 4 мм)"
Продольные и сетчатые трещины:
длина участка 3dM(xi,5)
расстояние между трещинами Не менее трехкратной длины трещины
Местные вмятины:
количество 4
суммарная протяженность 25 мм (35 мм)
глубина 0,5 толщины покрытия
Местные задиры:
количество 2(3)
глубина 0,25 толщины покрытия
длина 15 мм
Оголенность стержня у контактного торца 0,5 d3J1, но не более 1,6 мм для электродов с основным покрытием. 2/3 d3JI, но не более 2,4 мм для электродов с другими видами покрытий
Отклонение длины зачищенного от покрытия конца Номинал ±5 мм (номинал ±7,5 мм)
Поверхностные следы слипания Не допускаются (допустимы)
Поперечные надрывы Не допускаются (2, размером не более 0,5 длины окружности покрытия)
Примечания. В скобках приведены допуски по увеличенным параметрам дефектов на отдельных электродах, суммарное количество которых не должно превышать 10% от партии.
29
Таблица 4. Нормированные значения е, мм
Номинальный диаметр электрода d Значение е для электродов
с тонким, средним и толстым покрытием с особо толстым покрытием для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами
1,6 0,08 (0,12) 0,12 (0,16)
2 0,10 (0,14) 0,15(0,20)
2,5 0,12(0,16) 0,18 (0,24)
3,0; 3,15; 3,25 0,15(0,20) 0,23 (0,28)
4 0,20 (0,26) 0,28 (0,34)
5 0,24 (0,32) 0,32 (0,40)
6,0; 6,3 0,28 (0,36) 0,36 (0,45)
>6,3 0,30 (0.40) 0,40 (0,50)
Примечания: 1. В скобках указаны значения е, допускаемые для 10% контролируемых электродов. 2. Для электродов со стержнями из высоколегированной проволоки, подвергнутой травлению, допускается увеличение значений е на 0,02 мм при диаметре электрода до 3,25 мм. включительно и на 0,03 мм - при диаметре электрода свыше 3.25 мм. 3. Для электродов с особо толстым покрытием, предназначенных для сварки сталей, значение е устанавливается в соответствии со стандартами или техническими условиями на электроды конкретной марки.
норм по разнотолщинности электродного покрытия приводит к затруднению, а иногда и невозможности ведения нормального процесса сварки и получения качественного сварного соединения. Именно этот дефект электродов, проявляющийся в виде одностороннего чехла («козырька») на его плавящемся торце, наиболее часто встречается в практике ручной дуговой сварки (рис. 7).
Рис. 7. Образование чехла (а) и «козырька» (б) на торце электрода при горении дуги: 1 — стержень; 2 — покрытие; 3 — слой расплавленного металла толщиной h; 4 — слой шлака; 5 — дуга: L — длина козырька
1
2-----L
3
30
Стандартом нормированы требования по прочности электродного покрытия, соблюдение которых необходимо для обеспечения сохранности электродов при транспортировке и использовании. Покрытие нс должно разрушаться при свободном падении электрода плашмя на гладкую стальную плиту с высоты 1 м для электродов диаметром менее 4,0 мм; 0,5 м — для электродов диаметром 4,0 мм и болсс. По соглашению между изготовителем и потребителем для электродов диаметром более 5,0 мм допускают снижение высоты падения до 0,3 м. Для электродов с толстым покрытием, содержащим более 35% металлических компонентов, и для электродов с особо толстым покрытием высоту падения устанавливает стандарт или технические условия на электроды конкретных марок. При проверке допускают частичные откалывания покрытия общей протяженностью до 5% длины покрытой части электрода, но не более 20 мм.
Сварочно-технологические свойства электродов при соблюдении режимов и условий сварки, установленных на электроды конкретной марки, и при отсутствии магнитного дутья должны удовлетворять следующим требованиям: дуга должна легко возбуждаться и стабильно гореть; покрытие должно плавиться равномерно, без чрезмерного разбрызгивания, отваливания кусков и образования чехла или «козырька», препятствующих нормальному плавлению электрода при сварке во всех пространственных положениях, рекомендованных для электродов данной марки соответствующего диаметра; образующийся при сварке шлак должен обеспечивать правильное формирование валиков (металла сварного шва, наплавленного за один проход) и легко удаляться после охлаждения; в металле шва, а также в металле, наплавленном предназначенными для сварки электродами, не должно быть трещин, надрывов и поверхностных пор; максимальные размеры и число внутренних пор и шлаковых включений в металле шва не должны превышать норм, указанных в табл. 5.
Химический состав наплавленного металла, механические и специальные свойства и характеристики наплавленного металла, металла шва или сварного соединения (содержание ({юрритной фазы, стойкость к межкристаллитной коррозии и др.) регламентированы соответствующими стандартами (ГОСТ 9467 75, ГОСТ 10051-75 или ГОСТ 10052-75) или техническими условиями на электроды конкретных марок. В документации на электроды конкретной марки должны быть также нормированы коэффициент наплавки,
31
Таблица 5. Нормы внутренних дефектов металла шва
Номинальный диаметр электрода, мм Максимальный линейный размер поры или шлакового включения, мм
1,6 0,3
2 0,4
2,5 0,6
3,0; 3,15; 3,25 0,8
4 1
5 1,2
6,0, 6,3 1,5
>6,3 2
Примечания: 1. Если стандартом или техническими условиями на электроды конкретной марки предусмотрено удаление кратеров, надрывы и трещины в кратерах браковочным признаком не являются. 2. Число внутренних пор и шлаковых включений в месте их наибольшего скопления на 100 мм длины шва не должно превышать в однопроходном шве 3, в многопроходном шве - 5.
расход электродов на 1 кг наплавленного металла, коэффициент массы покрытия, содержание влаги в покрытии, валовые выделения наиболее вредных веществ при использовании электродов.
Все указанные свойства могут быть обеспечены только при правильном изготовлении электродов. Последнее подразумевает изготовление электродов строго в соответствии с заданной рецептурой, применение материалов (проволоки и компонентов покрытий), предусмотренных нормативной документацией, обеспечение норм по равномерности нанесения покрытия на стержень и его количества на электроде, выполнение требований к наружному виду электродов и прочности покрытия, безусловное соблюдение предписанной технологии на всех этапах производственного цикла. Рецептуру электрода задают технологическим регламентом, стандартом или техническими условиями на электроды конкретной марки или специальной документацией предприятия.
Следует иметь в виду, что сертификационными системами и конкретными потребителями могут быть правомерно установлены нормы, жестче стандартных, в том числе в части общих технических требований к электродам.
Срок годности электродов при хранении в сухих отапливаемых помещениях при температуре не ниже плюс 15°С в условиях, предохраняющих их от загрязнения, увлажнения (относительная
32
влажность не выше 60%) и механических повреждений и при должном транспортировании не ограничен. Повышение содержания влаги в покрытии электродов устраняют их прокалкой перед использованием. Следует избегать излишних дополнительных про-калок электродов, снижающих механическую прочность покрытия.
Классификация электродов по стандартам
В соответствии с требованиями ГОСТ 9466-75 сварочные и наплавочные электроды классифицируют по назначению, типам, маркам, толщине электродного покрытия, видам покрытия, допустимым пространственным положениям сварки (наплавки), характеристикам сварочного тока. Эта классификация (как и сам стандарт) не распространяется на электроды для наплавки поверхностных слоев из цветных металлов и их сплавов, сварки и наплавки чугуна, резки металлов, для подводных работ.
По назначению электроды подразделяют: У (условное обозначение) — для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву <7В до 590 МПа; Л — для сварки легированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву ов свыше 590 МПа; Т — для сварки легированных теплоустойчивых сталей; В — для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами; Н — для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами.
Подразделение электродов на типы нормировано ГОСТ 9467 -75, ГОСТ 10051-75 и ГОСТ 10052-75. Обозначение типов электродов состоит из индекса Э (электроды для ручной дуговой сварки и наплавки) и следующих за ним цифр и букв. У электродов для сварки конструкционных сталей две или три цифры в обозначении указывают временное сопротивление разрыву металла шва или наплавленного металла в кгс/мм2. Для прочих электродов две или три цифры, следующие за индексом, указывают среднее содержание углерода в наплавленном металле в сотых долях процента. Химические элементы, содержащиеся в наплавленном металле, обозначены (аналогично обозначению в сталях и в проволоках) следующими буквами: А — азот (N2), Б — ниобий (Nb), В — вольфрам (W), Г — марганец (Мп), Д — медь (Си), К — кобальт (Со), М — молибден (Mo), Н — никель (Ni), Р — бор (В), С — кремний (Si), Т — титан (Ti), Ф — ванадий (V), X — хром (Сг). Цифры, следую
3 - 9423
33
щие за буквенными обозначениями химических элементов, > вают их средние содержания в процентах. После буквенного обозначения химических элементов, среднее содержание которых в наплавленном металле составляет не более 1,5% по ГОСТ 10051 75 и ГОСТ 10052-75 и не более 0,8% по ГОСТ 9467-75, цифры не проставляют. При среднем содержании в наплавленном металле Si до 0,8% и Мп до 0,8% - по ГОСТ 9467-75, до 1% - по ГОСТ 10051-75 и до 1,6% — по ГОСТ 10052-75 буквы С и Г не проставляют.
Каждому типу электродов может соответствовать одна или несколько марок электродов, различающихся между собой по каким-либо показателям, причем иногда — очень существенно.
В зависимости от требований к показателям прочности и пластичности металла шва (или наплавленного металла) ГОСТ 9467-75 регламентировано 14 типов электродов для сварки конструкционных сталей:
• Э38, Э42, Э46 и Э50 - для углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 490 МПа;
• Э42А, Э46А и Э50А — для углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву до 490 МПа, когда к металлу сварных швов предъявляют повышенные требования по пластичности и ударной вязкости;
• Э55 и Э60 — для углеродистых и низколегированных конструкционных сталей с временным сопротивлением разрыву от 490 до 590 МПа;
• Э70, Э85, Э100, Э125, Э150 — для легированных конструкционных сталей повышенной и высокой прочности с временным сопротивлением разрыву свыше 590 МПа.
Химический состав металла, наплавленного электродами для сварки конструкционных сталей, стандартом не нормирован, за исключением примесей — серы S и фосфора Р, максимально допустимая концентрация которых составляет: для электродов типов Э38, Э42, Э46, Э50 — 0,040% S: 0,045% Р, для электродов других типов - 0,030% S; 0,035% Р.
Механические свойства металла шва или наплавленного металла и сварного соединения, выполненных электродами для сварки конструкционных сталей, должны соответствовать требованиям, указанным в табл. 6.
ГОСТ 9467-75 установлено также девять типов электродов для сварки теплоустойчивых сталей, для которых нормированы как
34
Таблица 6. Типы электродов для сварки конструкционных углеродистых, низколегированных и легированных сталей (по ГОСТ 9467-75)______________________________________________________
Содержание в наплавленном металле. % й, 1 Не более | К X с с с X с с Г г 5 — 1/ а с с с £ С 5 5 '46А, Э50А, Э55 и Э60 значение механических свойств >. 2. Для электродов типов Э70, Э85, ЭКЮ, Э125 и Э150 по режимам, указанным в нормативной документации.
Сварное соединение, выполненное электродами диаметром менее 3,0 мм временное сопрогпивле- угол изгиба, пие МПа (кге/мм2) град. 1 370(38) | 60 410(42) | 150 450(46) | 150 1 490(50) | 120 । 410(42) | 180 450(46) | 180 490(50) | 150 540(55) | 150 590(60) [ 120 1 1 1 1 1 1 1 1 1
| Механические свойства при темп Металл шва или наплавленный металл Временное Относительное Ударная вязкость сопротивлением удлинениеЪ % КСЦДж/см2 МПа (кгс/ммг) _ _ (кгсм/смг) Не менее 370/38 | 14 ] 30(3) 410/42 | 18 1 80(8) J 450/46 1 18 | 80(8) 490/50 J 16 [ 70(7) 410/42 | 22 | 150(15) | 450/46 | 22 | 140(14) 490/50 1 20 | 130(13) 540/55 I 20 | 120(12) 590/60 | 18 I 100(10) 690/70 | 14 1 60(6) 830/85 1 12 1 50(5) 1 980/100 | 10 | 50(5) 1230/125 I 8 1 40(4) xf с X? сс с 1Г с ния: 1. Для электродов типов Э38, Э42, Э46, Э50, Э42А, Э гены в состоянии после сварки (без термической обработки) ' механических свойств установлены после термообработки
к й I 938 I Э42 1 Э46 | I 950 | 1 Э42А 1 I Э50А Э55 096 | Э70 1 985 1 3100 1 I 9125 с 1Г с I Примеча установи значения
35
Таблица 7. Типы электродов для сварки легированных теплоустойчивых сталей (по ГОСТ 9467-75) Механические свойства металла шва при температуре 20"С 1 Ударная вязкость, \ KCV, | Дж/см? ' не менее 1 । 100 1 06 06 90 08 ! 08 70 60 60
, Относительное удлинение 85, % со Ч—1 СО -т-Ч 00 ’t-ч 00 1 V-4 СО т-Ч 15 W—*
[Временное \ сопротивление <зв, МПа । 440 с 3 !* 470 470 490 1 490 490 540 1 540
Химический состав наплавленного металла, % в, Г не более 1 0,03 | V О' С С Ч 0,035 ( 0,03 0,035 0,03 0,03 0,03 0,035 L—U
СО о о 0,025! 0,025 CS о О' 10,0251 0,025 0,025 ! 0,025 0,025
Прочие элементы 1 1 1 1 1 Ni 0,6-0,9 Nb 0,07-0,20 1 Nb 0,35-0,60 1
ь. 1 1 i 1 J с 6,30 0,15-0,35 U" С 1 0,50 0,10-0,35
Мо 1 0,35-,0,65 0,35-0,65 0,40-0,70 ОДО-ОДО 0,80-1,10 } а vd с: 0,70 0,70-1,00 с с 1,00 1 0,35-! 0,65
Сг 1 Ь££‘0| 1 99'0 ( с СО о 1,20 1,70- 2,20 1,90- 2,50 1 с ОС с: 1,00- 1,40 1 а г- 3,00 1 4,00- 1 5,50
! Мп 1 0,4-0,9 L 0,4-0,9 0,5-0,9 1 _ Л®, о I 0,5- 1,0 1 V с 0,9 о" ° 0,5-0,9
о п о 5 0,15-0,35 0,15-0,40 0,15-0,45 0,15-0,45 1 LT С 0,40 0,15— 0,40 0,15-0,45 1 0,15-0,45
1 0,06-0,12 0,06-0,12 1-90 0 0,12 0,03-0,08 0,06-0,12 1 сс с с 0,12 0,07 0,12 1 с с 0,12 - 1 0,07-0,13
Тип о 1 ф Э-09МХ | > < S Л э 1 Э-05Х2М Э-09Х2М1 Э-09Х1МФ| Э-ЮХ1М1 НФБ 1 Э-10ХЗМ1 БФ Э-10Х5МФ
36
механические свойства металла шва, так и химический состав наплавленного металла (табл. 7).
Электроды для сварки коррозионностойких, жаропрочных и жаростойких высоколегированных сталей с различной структурой и ряда никелевых сплавов выпускают по ГОСТ 10052-75, который предусматривает 49 основных типов электродов (табл. 8). Для этих электродов нормированы химический состав наплавленного металла и механические свойства металла шва, а для ряда типов — структура наплавленного металла (содержание ферритной фазы). Однако стандарт охватывает лишь часть промышленной номенклатуры, значительное количество марок высоколегированных электродов выпускают вне его рамок.
ГОСТ 10051-75 установлено 44 типа электродов для наплавочных работ. Для всех типов электродов стандартизирован химический состав наплавленного металла и его твердость при комнатной температуре. Нормы для наиболее распространенных типов наплавочных электродов приведены в табл. 9.
Важно понимать, что нормы, устанавливаемые стандартами, являются предельно допустимыми по минимуму или максимуму. Электроды, изготавливаемые на уровне таких предельно допустимых свойств, для значительной группы потребителей неприемлемы, хотя формально являются стандартной продукцией.
В сварочной технике различные электроды известны, главным образом, по своим марочным наименованиям, которые установлены технической документацией организаций-разработчиков и изготовителей. Для электродов, выпускаемых на постсоветском пространстве, в буквенном обозначении марки электродов в закодированном виде, как правило, представлено наименование организации-разработчика. Среди наиболее распространенных — электроды серий ОЗС, ОЗЛ, ОЗН, разработанные Московским опытным сварочным заводом, предназначенные для сварки, соответственно, углеродистых и низколегированных сталей, высоколегированных сталей, для наплавки; электроды АНО, АНВ, АНН, соответственно, общего назначения, для сварки высоколегированных сталей и сталей повышенной прочности, разработанные Институтом электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины; электроды серий ЦТ и ЦЛ, разработанные в ЦНИИТМаше; базовые электроды УОНН-13, расшифровываемые как универсальная обмазка, НИИ-13. Для ряда электродов приняты другие принципы обозначения, например, МР — монтажные рутиловые, ЭА — электроды аустенитного класса.
37
Таблица 8. Типы электродов для сварки высоколегированных сталей (по ГОСТ 10052-75)
Тип Химический состав наплавленного металла, % Механические свойства металла шва или наплавленного металла при температуре 20°С
С Si Мп Сг Ni Мо Nb Прочие элементы 5 Р МПа 85, % кси, Дж/см2
не более не менее
Э-12Х13* 0,08-0.16 0,3-1,0 0,5-1,5 11,0-14,0 До 0,6 - - - 0,03 0,035 590 16 50
Э-06Х13Н До 0.08 До 0,4 0,2-0,6 11,5- 14,5 1,0-1,5 - - - 0,03 0,035 640 14 50
Э 10Х17Т* До 0,14 До 1,0 До 1,2 15,0-18,0 До 0,6 - - Ti 0,05 0,20 0,03 0,04 640 -
Э-12Х11НМФ* 0,09-0,15 0,3-0,7 0,5-1,1 10.0- 12,0 0,6-0,9 0,6 0,9 - 0,2-0,4 - 0,03 0,035 690 15 50
Э-12Х11НВМФ* 0,09-0,15 0,3-0,7 0,5-1,1 10,0-12,0 0,6-0,9 0,6 0,9 - 0,2-0,4 W 0,8-1,3 0,03 0,035 740 14 50
Э 14Х11НВМФ* 0,11-0,16 До 0,5 0,3-0,8 10,0-12,0 0,8- 1,1 0,9-1,25 0,2-0,4 W 0,9-1,4 0,03 0,035 740 12 40
Э-10Х16Н4Б* 0,05-0,13 До 0,7 До 0,8 14,0-17,0 3,0-4,5 0,02-0,12 - - 0,03 0,035 980 8 40
Э 08Х24Н6ТАФМ* До 0,10 До 0,7 До 1,2 22,0-26,0 5,0-6,5 0,05-0,10 0,05— 0,15 Ti 0,02-0,08 N до 0,20 0,02 0,035 690 15 50
Э -04Х20Н9 До 0,06 0,3-1,2 1,0-2,0 18,0-22,5 7,5- 10,0 - - - 0,018 0,03 540 30 100
Э -07Х20Н9 До 0,09 0,3-1,2 1,0-2,0 18.0-21,5 7,5-10,0 - - - 0,02 0,03 540 30 100
Продолжение табл. 8
Тип Химический состав наплавленного металла, % Механические свойства металла шва или наплавленного металла при температуре 20°С
С Si Мп Сг Ni Мо Nb V Прочие эле-менты S Р МПа 35, % кси, Дж/см2
не более не менее
Э-02Х21Н10Г2 До 0,03 До 1Д 1,0-2,5 18,0- 24,0 9,0- 11,5 - - - 0,02 0,025 540 30 100
Э-06Х22Н9 До 0,08 0,2 0,7 1,2- 2,0 20,5-23,5 7,5- 9,6 - - - 0,02 0,03 640 20 -
Э-08Х16Н8М2 0,05-0,12 До 0,6 1,0- 2,0 14,6- 17,5 7,2-9,0 1,4- 2,0 - - - 0,02 0,03 540 30 100
Э-08Х17Н8М2 0,05-0,12 До 1,1 0,8-2,0 15,5- 19,5 7,2- 10,0 1,4- 2,5 - - 0,02 0,03 540 30 100
Э-06Х19Н11Г2М2 До 0,08 До 0,8 1,2- 2,5 16,5- 20,0 9,0- 12,0 1,2 3,0 - - - 0,02 0,03 490 25 90
Э-02Х20Н14Г2М2 До 0,03 До 1,0 1,0- 2,5 17,5-22,5 13,0-15,5 1,8 3,2 - - 0,02 0,025 540 25 100
Э-02Х19Н9Б До 0,04 До 0,6 0,8-2,0 17,0- 20,0 8,0- 10,5 - 0,35-0,70 - 0,02 0,03 540 30 120
Э-08Х19Н10Г2Б 0,05-0,12 До 1,3 1,0- 2,5 18,0-20,5 8,5- 10,5 0,70-1,30, но не менее 8С - 0,02 0,03 540 24 80
Э-08Х20Н9Г2Б 0,05-0,12 До 1,3 1,0- 2,5 18,0- 22,0 8,0- 10,5 - - - 0,02 0,03 540 22 80
Э-08Х19Н10Г2МБ 0,05-0,12 0,25-0,70 1,6- 2,5 17,5- 20,5 8,5- 10,5 0,4-1.0 - - 0,025 0,035 590 24 70
ЧЧ-W.:; К’лЖ-'-V ^W-wxk«vW\W«.\W X-iW’SS; \'X-'-'' xx XX’XX' '-•»' '.-A.-.v-.v :' vw-v-»
Tun Химический состав наплавленного металла, % Продолжение табл. 8 Механические свойства металла шва или наплавленного металла
С ТТп Si Мп Сг № Мо Nb V Прочи элемента °~s [~7~ МПа j ^5»^ ну ре zv С “1 KCV, \ Дж/см2
Э-10Х17Н13С4 ДО 0,14 5,5 0,8-2,0 15,5— _20,0 11,0- 15,0 - - 0,03 0,04 590 не мен 15 ее 40
Э-09Х19Н10Г2М2Б До 0,12 Г 7Т/Ч До 1,2 1,0-2,5 17,0-20,0 8,5- 12,0 1,8-3,0 0,70-1,30, но не менее 8С - 0,02 0,03 590 22 70
Э-08Х19Н9Ф2С2 До 0,10 1,0-2,0 1,0-2,0 17,5- 20,5 7,5-10,0 - 1,5- 2,3 - 0,03 0,035 590 25 80
Э-08Х19Н9Ф2Г2СМ До 0,10 0 05 ОД-1,5 ТТл 1,0- 2,5 17,0-20,5 7,5- 10,0 0,2-0,6 - 2,0-2,6 - 0,03 0,035 590 22 80
d 09Х16Н8ГЗМЗФ 6,13 Л Л£ ДО 1,3 z,U— 3,2 15,0-17,5 7,0-9,0 2,4- 3,2 - 0,40-0,65 - 0,02 0,03 640 28 60
Э-09Х19Н11ГЗМ2Ф 0,12 ТТ/х До 0,5 2,8-4,0 17,5- 20,0 9,5- 12,0 1,8-2,7 - 0,35-0,60 0,02 0,03 570 22 50
Э-07Х19Н11МЗГ2Ф До 0,09 0 05 До 0,6 0 7 1,5- 3,0 17,0-20,0 9,5- 12,0 2,0-3,5 - 0,35-0,75 - 0,02 0,03 540 25 80
ийл24Н12ГЗСТ 6,11 1,3 Z,2 — 3.8 22,0-26,0 10,5— 13,0 - - - "Идо 0,30 0,025 0,035 540 25 90
Э-10Х25Н13Г2 До 0,12 До 1,0 1,0-2,5 22,5- 27,0 11,5- 14,0 - - - - 0,02 0,03 540 25 90
Э-12Х24Н14С2 До 0,14 [ 1,2-2,2 1,0- 2,0 22,0-25,0 13,0- 15,0 | — - - - 1 0,02 0,03 590 24 60
Продолжение табл. 8
Тип Химический состав наплавленного металла, % Механические свойства металла шва или наплавленного металла при температуре 20°С
С Si Мп Сг Ni Мо Nb V Прочие элемен-ты 5 Р МПа 85, % KCU, Дж/см2
не более не менее
Э-10Х25Н13Г2Б До 0,12 0,4-1,2 1,2-2,5 21,5-26,5 11,5-14,0 - 0,70-130, но не менее 8С - - 0,02 0,03 590 25 70
Э-10Х28Н12Г2 До 0,12 До 1,0 1,5-3,0 25,0-30,0 11,0-14,0 - - - - 0,02 0,03 640 15 50
Э-03Х15Н9АГ4 До 0,05 До 0,4 3,0-5,5 14,5 16,5 8,5-10,0 - - - N0,12-ОДО 0,02 0,025 590 30 120
Э-10Х20Н9Г6С До 0,13 0,5- 1,2 4,8 7,0 18,5-21,5 8,5-11,0 - - - - 0,02 0,04 540 25 90
Э-28Х24Н16Г6 0,22-0,35 До 0,5 5,0 7,5 22,5-26,0 14,5-17,0 - - - - 0,02 0,035 590 25 100
Э-02Х19Н15Г4А МЗВ2 До 0,04 До 0,3 3,0-5,5 17,5-20,5 14,5 - 16,5 2,0-3,2 - - W 1,5- 2,3 N 0,15- 0,25 0,015 0,025 640 30 120
Э-02Х19Н18Г5АМЗ До 0,04 До 0,5 4,0- 7,0 17,0-20,5 16,5- 19,0 2,5- 4,2 - - N 0,15-0,25 0,025 0,03 590 30 120
Э-11Х15Н25М6АГ2 0,08-0,14 До 0,7 1,0-2,3 13,5-17,0 23,0-27,0 4,5-7,0 - - N до 0,20 0,02 0,03 590 30 100
Э-09Х15Н25М6Г2Ф 0,06-0,12 До 0,7 1,5-3,0 13,5-17,0 23,0-27,0 4,5-7,0 - 0,9-1,6 - 0,02 0,02 640 30 100
Э-09Х15Н25М6Г2Ф 0,06-0,12 До 0,7 1,5-3,0 13,5-17,0 23,0-27,0 4,5- 7,0 - 0,9-1,6 - 0,02 0,02 640 30 100
Продолжение табл. 8
Тип Химический состав наплавленного металла, % Механические свойства металла шва или наплавленного металла при температуре 20°С
С Si Мп Сг Ni Мо Nb V Прочие элементы s P МПа 85,% KCU, Дж,/см2
не более не менее
Э-27Х15Н35ВЗГ2Б2Т 0,22-0,32 До 0,7 1,5-2,5 13,5-16,0 33,0-36,5 - 1,7- 2,5 W 2,4-3,5 Ti 0,05- 0,25 0,018 0,03 640 20 50
Э-04Х16Н35Г6М7Б До 0,06 До 0,6 5,0-6,5 14,0-17,0 34,0-36,0 6,0-7,5 0,8-1,2 - - 0,02 0,02 590 25 80
Э-06Х25Н40М7Г2 До 0,08 До 0,5 1,5-2,5 23,0-26,0 38,0-41,0 6,2-8,5 - - Ti до 0,05 0,015 0,025 590 30 120
Э-08Н60Г7М7Т До 0,10 До 0,3 6,5-8,0 - 58,0-62,0 5,8-7,5 - - Ti 0,02-0,12 0,02 0,025 440 20 100
Э 08Х25Н60М10Г2 До 0,10 До 0,35 1,5-2,5 23,0-26,0 Основа 8,5- 11,0 - - Ti до 0,05 0,015 0,02 640 24 120
Э-02Х20Н60М15ВЗ До 0,04 До 0,8 До 1,0 17,0-22,0 13,5-16,5 - - W 2,5-4,2 Fe до 3,0 0,02 0,025 690 15 70
Э-04Х10Н60М24 До 0,06 До 0,4 До 1,0 8,5-13,0 21,0-26,0 - - - 0,025 0,025 590 15 -
Э-08Х14Н65М15В4Г2 До 0,10 До 0,5 1,5- 2,5 12,5-15,5 13,5-16,0 - - W 3,5-4,5 0,018 0,02 540 20 100
Э- 10Х20Н70Г2М2В До 0,14 До 0,8 1,2-2,5 18,0-22,0 1,2 2,7 - - W0,1-0,3 0,015 0,02 - - -
Э-10Х20Н70Г2М2Б2В До 0,14 До 1,0 1,2-2,5 18,0-22,0 1,2-2,7 1,5-3,0 - W0,1-0,3 0,015 0,02 640 25
* Нормы механических свойств установлены после термообработки по режимам, регламентированным стандартами или техническими условиями на электроды конкретных марок.
Таблица 9. Типы наплавочных электродов (по ГОСТ 10051-75)
Тип Химический состав наплавленного металла, % Твердость HRC3
С Si Мп Сг Ni Мо W V Ti Прочие элементы Без термической обработки после наплавки После термической обработки
Э-10Г2 0,08-0,12 До 0,15 2,0-3,3 - - - - - - 20- 28 -
Э- 11ГЗ 0,08-0,13 До 0,15 2,8-4,0 - - - - - - 28- 35
Э- 12Г4 0,09-0,14 До 0,15 3,6- 4,5 - - - - - - - 35- 40 -
Э- 15Г5 0,12-0,18 До 0,15 4,1- 5,2 - - - - - - 40-44 -
Э-16Г2ХМ 0,12-ОДО 0,8 0,13 1,2- 2,0 0,9-1,3 - 0,7-0,9 - - 35-39 -
Э 30Г2ХМ 0,22-0,38 До 0,15 1,5-2,0 0,5-1,0 - 0,3-0,7 - - - - 31-41 -
Э-35Г6 0,25 0,45 До 0,60 5,5-6,5 - - - - - - - 50-57 -
Э-37Х9С2 0,25-ОДО 1,40-2,80 0,4-1,0 8,0- 11,0 - - - - - - 52-58 -
Э 70ХЗСМТ 0,50-0,90 0,80-1,20 0,4- 1,0 2,3-3,2 - 0,3-0,7 - - До 0,30 - - 52-60
Э 80Х4С ОДО-ОДО 1,00-1,50 0,5-1,0 3,5- 4,2 - - 56-62 -
Э-95Х7Г5С 0,80-1,10 1,20-1,80 4,0-5,0 6,0-8,0 - - - - - - 25-32 -
Э-65Х11НЗ 0,50-0,80 До 0,30 До 0,7 10,0-12,0 2,5-3,5 - - - - - 25-33 -
4 A"*-
Продолжение табл. 9
Тип Химический состав наплавленного металла, % Твердость HRC3
С Si Мп Сг Ni Мо W V 7г Прочие элементы Без термической обработки после наплавки После термической обработки
Э-24Х12 0,18-0,30 До 0,30 0,4-1,0 10,5-13,0 - - - - - - 40-48 -
Э-20Х13 0,15-0,25 До 0,70 До 0,8 12,0-14,0 До 0,6 - - - - - - 33 48
Э-35Х12Г2С2 0,25-0,45 1,50-2,50 1,6-2,4 10,5-13,5 - - - - - - 54-62
Э-35Х12ВЗСФ 0,25-0,45 1,00-1,60 До 0,5 10,5-13,5 - - 2,5 3,5 0,5-1,0 - - - 50-58
Э-100Х12М 0,85-1,15 До 0,50 До 0,5 11,0-13,0 - 0,4-0,6 - - - - - 53-60
Э-120Х12Г2СФ 1,00-1,40 1,00-1,70 1,6-2,4 10,5-13,5 - - __ 1,0-1,5 - - - 54-62
Э-300Х28Н4С4 2,50-3,40 2,80-4,20 До 1,0 25,0 31,0 3,0-5,0 - - - - 48-54 -
Э-320Х23С2ГТР 2,90-3,50 2,00-2,50 1,0-1,5 22,0 24,0 - - - - 0,5 1,5 в 0,5-1,5 55-62 -
Э-320Х25С2ГР 2,90-3,50 2,00-2,50 1,0-1,5 22,0 27,0 - - - - В 0,5-1,5 57-63 -
Э-350Х26Г2Р2СТ 3,10-3,90 0,60-1,20 1,5-2,5 23,0-29,0 - - - 0,2-0,4 В 1,8-2,5 58-63 -
Э-225Х10Г10С 2,00-2,50 0,50-1,50 8,0-12,0 8,0-12,0 - - - - - - 40-50 -
Э-08Х17Н8С6Г 0,05— 0,12 4,80-6,40 1,0-2,0 15,0-18,4 7,0-9,0 - - - - - - 28-37
Продолжение табл. 9
Тип Химический состав наплавленного металла, % Твердость HRC3
С Si Мп Сг Ni Мо V Тг Прочие элементы Без термической обработки после наплавки После термической обработки
Э-09Х16Н9С5Г2М2ФТ 0,06-0,12 4,50-5,30 1,6-2,4 15,0-16,8 8,4-9,2 1,8-2,3 - 0,5-0,9 0,1-0,3 - - 29-34
Э-09Х31Н8АМ2 0,06-0,12 До 0,50 До 0,5 30,0-33,0 7,0-9,0 1,8- 2,4 - - N 0,3-0,4 - 40-48
Э-13Х16Н8МС5Г4Б 0,08-0,18 3,80- 5,20 3,0-5,0 14,0-19,0 6,5-10,5 3,5-7Д - - - Nb 0,5- 1,2 - 38-50
Э-15Х15Н10С5МЗГ 0,10-0,20 4,80-5,80 1,0-2,0 13,0-17,0 9,0-11,0 2,3-4,5 - - - - 35-45 -
Э-15Х28Н10СЗГТ 0,10-0,20 2,80-3,80 1,0-2,0 25,0-30,0 9,0-11,0 - - - 0,1-0,6 - 35-40
Э-15Х28Н10СЗМ2ГТ ОДО-ОДО 2,50- 3,50 1,0-2,0 25,0-30,0 ЭД-ИД 1,0-2,5 - - 0,1-0,3 - - 40-45
3-200Х29Н6Г2 1,60-2,40 0,30-0,60 1,5-3,0 26,0-32,0 5,0-8,0 - - - - 40-50 -
Э-ЗОВ8ХЗ ОДО-ОДО До 0,30 До 0,4 2,0-3,5 - 7Д-9,0 - - - - 40-50
Э-80В18Х4Ф ОДО-ОДО До 0,50 До 0,8 3,8-4,5 - 17,0-19,5 1,0-1,4 - - 57-62
Э-90В10Х5Ф2 0,80-1,00 До 0,40 До 0,4 4,0-5,0 - - 8,5-10,5 2,0-2,6 - - 57-62
Э-30Х5В2Г2СМ 0,20-0,40 1,00-1,50 1,3-1,8 4,5-5,5 - 0,4-0,6 1,5-2,5 - - - 50-60 -
Э-65Х25ПЗНЗ ОДО-ОДО До 0,80 11,0-14,0 22,0-28,5 2,0-3,5 - - - - - 23-35 -
V W TO:-. A' W.VW V ', Ц» WWIt'V-4'V-^T
Продолжение табл. 9 Твердость HRC3 1 После термической обработки 1 1 60-64 с, с L О о 1 о о 55-60 52-58 X) о 1 х> 1 1 1 Примечания: 1. Содержание серы и фосфора в наплавленном металле ограничено в зависимости от типа электрода следующими максимальными значениями: серы — 0,025-0,035, фосфора — 0,030-0,040%. 2. Вид и режимы термической обработки наплавленного металла должны соответствовать указанным в стандартах или технических условиях на электроды конкретных марок.
Без термической обработки после наплавки 50-60 23 35 1 [ 1 50-55 Е? । О] in 40-50
Химический состав наплавленного металла, % ! » g 1 1 1 1 Со 6,5 9,5 Со 12,7-16,3 Со 115,7-19,3 1 Nb 7,0-8,0 Со 59,0-65,0
К 1 1 1 1 i До 0,4 1
1 1 1 с с\ <= 4®-о 0,3-0,7 0,5-1,1 4®-о® 1.4- I 2,0 1 1
1,5- 2,5 1 1 с 1Г ® 0,9-1,7 1 с °. vf00 8,8- 12,2 11,0-15,0 1 4,0 5,0
Мо 4®. Q® 1 1 1Г с\ -5 2,4-4,6 7,0 11,0 3,8-6,2 7,8- 11,2 1 1 1
№ 1 о'°-of« 6,5-9,5 1 1 i
Сг 4,5-5,5 22,0- 28,5 1 с 4J L3U 1 00 е4 2,0-2,6 2,0- 4,2 1,8-3,2 О ®-°-® ч—1 о®-V,-® 26,fl-32,0
Мп Д®- И, 0-| 14,0 До 0,5 До 0,7 4^ 0,3-0,7 0,3 -0,7 4®-о® O~W4 1
S5 До 0,80 С 0,40 До 0,80 <=> § CN ~ S®. о а о о т—1 3® 0,70 1,50 1,50- 2,60
О ® SS 1 с от с 1до s° о 00^ §® 1)1)8-0,12 0.08 0,12 g®. о s§ т—’ 1,60- 2,20
Тип Э-30Х5В2Г2СМ Э-65Х25ПЗНЗ Э-105В6Х5МЗФЗ Э-90Х4М4ВФ Э-10М9Н8К8Х2СФ Э-10К15В7М5ХЗСФ Э-10К18В11М10ХЗСФ Э-110Х14В13Ф2 Э-175Б8Х6СТ Э-190К62Х29В5С2
46
В цифровой части марочного обозначения указывают обычно порядковый номер разработки — электроды серий ОЗС, ОЗЛ, АНО, АНВ, ЦЛ, ЦТ, МР и пр. В электродах серии УОНИ-13 последующие цифры указывают или прочностной класс металла шва в кгс/мм2, или марку проволоки, из которой изготовляют электроды. В электродах серии ЭА в цифровой части обозначена марка проволоки.
Такая, продолжающаяся до сих пор на постсоветском пространстве практика присвоения марочных наименований электродов существенно отличается от принятой в странах, где фирменные наименования марок юридически защищены. Например, увидев электроды с буквенным обозначением AS или Bohler Fox, можно быть уверенным, что они изготовлены только на предприятиях, соответственно, фирмы Askaynak (Турция), Bohler welding (Австрия) или по их лицензиям. Некоторые фирмы дают маркам или сериям электродов словесные обозначения, например: серии Titan, Garant, марки Anker, Optimal, Rekord фирмы Kjellberg Finsterwalde (Германия); серий Overcord, Fincord, марки Supercito, Spezial фирмы Oerlikon (Швейцария), серий Rutilen, Sava, марки Emona, Rapid фирмы «Электрод Ясенице» (Словения) и т. д.
В советское время по существовавшему законодательству передача нормативной технической документации от разработчика к изготовителю чаще всего осуществлялась «в порядке оказания технической помощи». Поэтому электроды серий АНО, МР, ОЗС, ОЗЛ и т. д. в настоящее время выпускают, как правило, без надзора разработчиков. Более того, производимая предприятиями-изготовителями модернизация существующих марок направлена, главным образом, на снижение себестоимости электродов, весьма часто в ущерб их качественным характеристикам. В результате этого, а также из-за существенной разницы в техническом уровне различных производств, выпускающих, формально, электроды одних и тех же марок, электроды, имеющие одинаковое марочное наименование, но изготовленные разными производителями, могут существенно отличаться по своим свойствам. Поэтому грамотный потребитель при выборе электродов ориентируется не только на их марку, но и на репутацию предприятия-изготовителя, во многом зависящую от квалификации его персонала.
С целью выделения своей продукции среди аналогичной рядом предприятий приняты двойные марочные наименования, дополнительно включающие обозначения заводов, например, ЛЭЗМР-З,
47
ЛЭЗЦЛ-11 (Лосиноостровский электродный завод). В то же время постепенно идет положительный процесс появления настоящих фирменных обозначений электродов, в частности, серии SE (марки SE-08-00, SE-10 00 и др.) — завод сварочных материалов «СИБЭС», МТГ (марки МТГ-01, МТГ-02, МТГ-03) - Сычев-ский электродный завод, ЛЭЗ (марки ЛЭЗ-04, ЛЭЗ-99 и др.) — Лосиноостровский электродный завод.
Как уже отмечалось, каждому стандартному типу электродов могут соответствовать одна или несколько (для наиболее распространенных типов — множество) марок электродов, имеющих свои технические отличия. Каждая из этих марок имеет свои технологические особенности при изготовлении, которые необходимо учитывать для получения электродов высокого качества. Сведения о наиболее применяемых марках стандартных электродов приведены в табл. 10, 11, 12.
Электроды подразделяют:
По толщине покрытия в зависимости от отношения D/d (D — диаметр покрытия; d — диаметр электрода, определяемый диметром стержня): М — с тонким покрытием (D/d < 1,20); С — со средним покрытием (1,20 < D/d < 1,45); Д — с толстым покрытием (1,45 < D/d < 1,80); Г — с особо толстым покрытием (D/d > 1,80).
По видам покрытия: А — с кислым покрытием; Б — с основным покрытием; Ц — с целлюлозным покрытием; Р — с рутиловым покрытием; П — с покрытием прочих видов. Для покрытий смешанного вида используют соответствующее двойное обозначение, например АР. При наличии в составе покрытия железного порошка в количестве более 20% к обозначению вида покрытия электродов добавляют букву Ж, например РЖ.
В технической литературе вместо термина «вид покрытия» встречается применяемый за рубежом термин «тип покрытия», что не следует смешивать с типом электрода. Необходимость разнообразия видов электродных покрытий вызвана невозможностью сочетания в каком-либо одном преимуществ, присущих каждому из них. Используя смешанные покрытия, стремятся реализовать преимущества составляющих этих видов покрытий. Специальные покрытия имеют, главным образом, электроды для сварки высоколегированных сталей и сплавов, цветных металлов, чугуна, наплавочные электроды, электроды для резки металлов.
По допустимым пространственным положениям сварки или наплавки: 1 — для всех положений; 2 — для всех положений, кроме
48
ЛИДЕ> В ПРОИЗВОДСТВЕ
43b
ГП «Опытный завод сварочных материалов
Института электросварки им. Е. 0. Патона НАН Украины»
Йч.ТидирРЕ^И»«ое предприятие ,.«0п>тйыи од варочных материалов ЗДвЙЗЙ эййросвгфйдЙм,- Е- Р- Пато-*-%г№&1Ййнай>нбй академии наук Украи-
ны» является одним из ведущих пред-
приятий по .производству сварочных ма-
Завод .ОДдш в состав научно-техни-ческого>Лкомплекса «Институт грр-сварки им. Е. 0. .ато! — признан и t®o
во всем мире научного центра.в^^мзи сварки. Б результате нашегосотрудни-чества со спешиалист&й эдектросварки бьыо ра^ботаномножество марок электродов, порошковой проволоки, плавленых и керамических флюсов, внедренных в отечественную промышленность.
ине и странах ближнего зарубежья с крупнейшими Предприятиями судостроё- ния и судоремонта, энергетического, нефтегазового и металлургического ком-пдекс^в^мдшиностроения, а также строительно-монтаЖнмйи бргйнизшй ;
даря внедрению нового технологического оборудования и пс ^^одершзации действующего, а: также усилиям ргпинрго трудоврде И декЗСИВа предприятие. фяогло нетолько выжить в период становления 2*ВД(.* ; ной «сономики, но и занять прочные позиции на рынке сварочных материалов.
|^8сщ' располагает необхбдимьй комплексом пройзводйейногроб°РУД°‘ ваййя и отработанными технологиями,-позволяющими выпускать высококаче-стэешс.,ё сварочные материал» М» йотовы рассмотреть^йьпголниж^юбой^ зайг! ^ййготовление сварочньй эдек^бДов, порошковой т^овсиажи, м. J ПриэЙМ бсновная наша дель обеспечение качества продухции,; ?
уд<$л*де^ющегр:тр^ « j
“ Предлагая вашемдафж1флгфор*шиюю заводе й его
емся видетьвас в числе i р гих Деловых партнеров.
~ Х^ктор ГП «О3(^( Патона НАН . »
Ц. &Йосёнко “
< лавный Контролёр продукции:— потрщпйёлв»
ГП «Опытный завод сварочных материалов
Института электросварки им. Е. 0. Патона НАН Украины»
>НЬАН19Н.
ДДЦЩЩЩЛ
ГП «Опытный завод сварочных материалов
Института электросварки им. Е. 0. Патона НАН Украины»
Электроды для сварки, наплавки и резки:
❖ для сварки углеродистых и низколегированных сталей: АНО-4, АН0-4и, АНО-6, АНО-бр, АН0-6У, АНО-17, АНО-21, АНО-24, АНО-36, АНО-37, МР-3, АНО-27, ВН-48, УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, ЦУ-5, ТМУ-21У, АНО-12, АНО-ТМ, АНО-ТМ/СХ, АН0-ТМ60;
❖ для сварки легированных сталей повышенной прочности: АН0-ТМ70;
❖ для сварки теплоустойчивых сталей: ТМЛ-1У, ТМЛ-ЗУ;
❖ для сварки высоколегированных сталей: ОЗЛ-6, ОЗЛ-8, ЦЛ-11, ЭА-395/9, ЭА-400/10У;
❖ для сварки и наплавки чугуна: ЦЧ-4;
❖ для сварки и наплавки меди: Комсомолец-100;
❖ для наплавки: Т-590;
❖ для резки: АНР-2.
Порошковые проволоки для сварки, наплавки и резки:
❖ для сварки углеродистых и низколегированных сталей самозащитные: ПП-АН1, ПП-АНЗ, ПП-АН7, ПП-АН19, ПП-АН19Н, ПП-АН24С, ПП-АНЗО, ППС-ЭК1, ППС-ЭК2;
❖ для сварки углеродистых и низколегированных сталей в среде углекислого газа: ПП-АН59, ПП-АН61, ПП-АН63, ПП-АН68М, ПП-АН69, ПП-АЯ70М;
❖ для сварки легированных и высоколегированных сталей: ПП-АНВ2у, ПП-АНВ2ум, ПП-Нп-АНВ2у/2, ПП-Нп-АНВ2ун, ПП-Нп-Х25Г14НЗТ;
для резки металлов: ЦПР-ЭКЗ, ППР-ЭК4.
Флюсы плавленые:
❖ АН-8, АН-М13, АВГ-ТбИ, АН-22, АН-25, АН-26П, АН-43, АН-72.
ГП «Опытный завод сварочных материалов
Института электросварки им. Е. 0. Патона НАН Украины»
Таблица 10. Основное назначение промышленных марок электродов различных типов (по ГОСТ 9467-75)
Тип Марка Основное назначение
Э42 АНО-6М Конструкции из углеродистых сталей
ОМА-2 Тонколистовой металл
ВСЦ-4 Корневые слои стыков трубопроводов
Э42А УОНИ-13/45 Ответственные конструкции из углеродистых сталей
Э46 ОЗС-4, ОЗС-6, МР-ЗР, АНО-4, МР-3, АНО-36, MP-ЗУ, МР-ЗС, АНО-37 Конструкции из углеродистых сталей
ОЗС-12 Тавровые соединения
Э46А УОНИ-13/55К, УОНИ 13/45А Ответственные конструкции из углеродистых сталей
Э50 ВСЦ-4А Корневые слои стыков трубопроводов
Э50А УОНИ-13/55, УОНИ 13/55С Ответственные конструкции из углеродистых и низколегированных сталей
ТМУ-21У, ЦУ-5 То же, применительно к оборудованию электростанций
ОЗС-18 Ответственные конструкции из низколегированных атмосферокоррозионностойких сталей
АНО-ТМ, МТГ-01К, МТГ-02 Неповоротныс стыки трубопроводов
Э55 УОНИ-13/55У Стержневая арматура железобетонных конструкций
Э60 ОЗС-24М Ответственные конструкции из низколегированных сталей, работающие при температурах до минус 70°С
УОНИ-13/65, МТГ-03 Ответственные конструкции из низколегированных сталей
Э70 АНО-ТМ 70, АНП 10, АНП-2
Э85 УОНИ-13/85, НИАТ-ЗМ, АНП-11 Ответственные конструкции из легированных сталей
Э100 ОЗШ-1 Ответственные конструкции из легированных сталей повышенной прочности
Э-09 Х1М ТМЛ-1У Стыки трубопроводов из легированных теплоустойчивых сталей для рабочих температур до 540°С
Э-09 Х1МФ ТМЛ-ЗУ То же, до 570°С
ЦЛ-39 То же, до 585° С
4 ~ 9-423
49
Таблица И. Основное назначение наиболее распространенных стандартных (по ГОСТ 10052-75) высоколегированных электродов
Тип Марка Основное назначение по маркам сталей
Э-12Х13 УОНИ-13/НЖ Хромистые стали 08X13, 12X13
12X13
Э-02Х21Н10Г2 ОЗЛ-22 Коррозионностойкая сталь 03-Х18Н11
Э-04Х20Н9 ОЗЛ-ЗБ Коррозионностойкие стали 08-Х18Н10, 06Х18Н11
Э 07Х20Н9 ОЗЛ-8
Э-08Х20Н9Г2Б ОЗЛ 7, ЦЛ-11 То же, при жестких требованиях стойкости швов против межкристаллитной коррозии
Э 08Х19Н10Г2Б ЦТ-15, ЗИО-З Жаропрочные стали 12X18 НЭТ, 12-X18II12T
Э-10Х25Н13Г2Б ЦЛ-9 Легированный слой двухслойных сталей
Э-02Х20Н14Г2М2 ОЗЛ-20 Коррозионностойкая сталь 03 -Х16Н15МЗ
Э 02Х19Н18Г5АМЗ АНВ-17
Э 08Х17Н8М2 НИАТ-1 04Х19Н9 Коррозионностойкая сталь 10-Х17Н13М2Т
Э-09Х19Н10Г2М2Б НЖ 13
Э-02Х20Н60М15ВЗ ОЗЛ-21 Коррозионностойкий сплав ХН65МВ
Э-10Х20Н70Г2М2Б2В ОЗЛ-25Б Коррозионностойкий жаростойкий сплав ХН78Т, разнородные стали
Э-10Х25Н13Г2 ОЗЛ-6, ЗИО-8 Жаростойкие стали типа 20Х23Н13
Э-27Х15Н35ВЗГ2Б2Т КТИ-7А Жаростойкие стали типа 45-Х25Н20С2
Э-28Х24Н16Г6 ОЗЛ-9А
Э-08Х14Н65М15В4Г2 ЦТ-28 Сплавы на никелевой основе
Э-04Х10Н60М24 ИМЕТ-10 Жаропрочные и жаростойкие стали и сплавы
Э 12Х24Н14С2 ОЗЛ-5 Жаростойкие стали типа 20-Х25Н20С2
Э-10Х20Н70Г2М2В ОЗЛ-25 Жаростойкий сплав ХН78Т
Э-10Х20Н9Г6С НИИ-48Г Разнородные стали
Э-11Х15Н25М6АГ2 НИАТ 5, ЦТ 10 Стали ЗОХГСА, ЗОХГСНЛ и разнородные стали
50
Таблица 12. Основное назначение наиболее распространенных стандартных (по ГОСТ 10051-75) наплавочных электродов
Тип Марка Основное назначение
Э-30Г2ХМ НР-70 Рельсы
Э-16Г2ХМ ОЗШ 1 Штампы для горячей
Э 90Х4М4ВФ ОЗИ-4 штамповки
Э-37Х9С2 ОЗШ-З
Э-70ХЗСМТ ЭН-60М Штампы для холодной
Э-20X13 УОНИ-13/НЖ 20X13 штамповки
Э-65Х11НЗ омг-н Детали из высоко-
Э-65Х25ПЗНЗ ЦНИИН-4 марганцовистых сталей
Э 320Х23С2ГТР Т-620 Детали, работающие в услови-
Э-320Х25С2ГР Т-590 ях абразивного изнашивания
Э-110Х14В13Ф2 ВСП-6 То же, при ударных нагрузках
Э-175Б8Х6СТ ЦН-16
Э 08Х17Н8С6Г ЦН-6Л Уплотнительные поверхности арматуры высокого давления
3-09X31Н8ЛМ2 УОНИ-13/Н1-БК
Э-13Х16Н8М5С5Г4Б ЦН-12М
вертикального сверху вниз; 3 — для нижнего, горизонтального на вертикальной плоскости и вертикального снизу вверх; 4 — для нижнего (рис. 8). Наиболее легко вести сварку в нижнем пространственном положении; сварка вертикальных швов затруднена, горизонтальных еще более затруднена; наиболее сложной и трудоемкой является сварка швов в потолочном положении, поскольку сила
Рис. 8. Положение сварных швов в пространстве: а — нижнее; б — горизонтальное на вертикальной плоскости; в — вертикальное; г потолочное
4"
51
Таблица 13. Обозначение электродов по применяемому току и напряжению
Рекомендуемая полярность постоянного тока Напряжете холостого хода трансформатора, В Обозначения
Номинальное Предельные отклонения
Обратная — — 0
Любая 50 ±5 1
Прямая 2
Обратная 3
Любая 70 ±10 4
Прямая 5
Обратная 6
Любая 90 ±5 7
Прямая 8
Обратная 9
Примечание: Цифрой 0 обозначают электроды, предназначенные для сварки (наплавки) только на постоянном токе обратной полярности.
тяжести препятствует переносу расплавленного основного и электродного металлов в сварочную ванну и формированию шва.
По роду и полярности применяемого при сварке или наплавке тока, а также по номинальному напряжению холостого хода используемого источника питания сварочной дуги переменного тока частотой 50 Гц (трансформатора) электроды обозначают в соответствии с табл. 13.
Условное обозначение электродов
ГОСТ 9466-75 предусмотрено условное обозначение электродов, призванное дать в зашифрованном по определенной системе виде сведения об основных характеристиках электродов и металла шва (наплавленного металла, сварного соединения). Структура условного обозначения электродов приведена на схеме (рис. 9).
Буква Е — это обозначение покрытого металлического электрода для ручной дуговой сварки и наплавки. В условном обозначении электродов для сварки углеродистых и низколегированных сталей
52
6 7 8 9
Рис. 9. Структура условного обозначения электродов: 1 — тип; 2 — марка; 3 — диаметр, мм; 4 — обозначение назначения электродов; 5 — обозначение толщины покрытия; 6 — группа индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва по ГОСТ9467-75, ГОСТ 10051-75 или ГОСТ 10052-75; 7- обозначение вида покрытия; 8 — обозначение допустимых пространственных положений сварки или наплавки; 9 — обозначение рода применяемого при сварке или наплавке тока, полярности постоянного тока и номинального напряжения холостого хода источника питания сварочной дуги переменного тока; 10— обозначение стандарта (ГОСТ9466-75); 11 — обозначение стандарта на типы электрода
с временным сопротивлением до 590 МПа после буквы Е тире не ставят. Для электродов, не относящихся к типам по ГОСТ 9467-75, 10051-75 или 10052-75, в условном обозначении не приводят тип электродов. Вместо обозначения стандарта на типы электродов указывают обозначение технических условий на электроды конкретной марки. Для электродов, не подпадающих под действие ГОСТ 9466-75 (электроды для сварки и наплавки чугуна, цветных металлов и пр.), условные обозначения не нормированы.
Условные обозначения электродов одних и тех же марок, выпускаемых различными заводами-изготовителями, могут иметь определенные различия, вызванные разницей их фактических свойств, как в части сварочно-технологических характеристик, так и характеристик металла шва (группы индексов 6, 8, 9). Это приводит, соответственно, к различной потребительской ценности электродов. Причины возникновения этих различий была объяснена ранее.
Условное обозначение должно быть указано на этикетках или в маркировке коробок, пачек и ящиков с электродами.
Во всех видах документации (кроме конструкторской) условное обозначение должно состоять из марки и диаметра электродов и обозначения стандарта (ГОСТ 9466-75).
53
Примеры условных обозначений.
Электроды типа Э42А по ГОСТ 9467-75, марки УОНИ-13/45, диаметром 3,0 мм, для сварки углеродистых и низколегированных с талей У, с толстым покры тием Д, с установленной по ГОСТ 9467 75 группой индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва, 41 2 (5), с основным покрытием Б, для сварки во всех пространственных положениях кроме вертикального сверху вниз 2 на постоянном токе обратной полярности 0:
Э42А-УОНИ-13/45-3.0-УД
------E412(5)Z_B20 ГОСТ 9466-75’ ГОСТ 9467-75'
Указывают на этикетках или в маркировке коробок, пачек и ящиков с электродами.
Электроды УОНИ-13/45-3,0 ГОСТ 9466-75 — в документации.
Электроды типа Э46 по ГОСТ 9467-75, марки МР-3, диаметром 2,5 мм, для сварки углеродистых и низколегированных сталей У, с толстым покрытием Д, с установленной по ГОСТ 9467-75 группой индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва, 43 1 (3), с рутилово-основным покрытием РБ, для сварки во всех пространственных положениях, кроме вертикального сверху вниз 2 на переменном токе и постоянном токе обратной полярности 3:
Э46 - МР-3 - 2,5 - УД
Е 43 1 (3) - РБ 23 ГОСТ 9466-75> Г0СТ 9467-75.
Указывают на этикетках или в маркировке коробок, пачек и ящиков с электродами.
Электроды МР-3 — 2,5 ГОСТ 9466-75 — в документации.
Электроды типа Э-09Х1 МФ по ГОСТ 9467-75, марки ТМЛ-ЗУ диаметром 4,0 мм, для сварки легированных теплоустойчивых сталей Т, с толстым покрытием Д, с установленной по ГОСТ 9467-75 группой индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва, 16, с основным покрытием Б, для сварки во всех пространственных положениях, кроме вертикального сверху вниз 2 на постоянном токе обратной полярности 0:
Э-09Х1 МФ - ТМЛ-ЗУ - 4,0 - ТД гост 9466_75> гост 9467_75. t — I О — 620
Указывают на этикетках или в маркировке коробок, пачек и ящиков с электродами.
Электроды ТМЛ-ЗУ — 4,0 ГОСТ 9466-75 — в документации.
54
Электроды типа Э—10Х25Н13Г2 по ГОСТ 10052—75, марки ОЗЛ-6, диаметром 5,0 мм, для сварки высоколегированных сталей с особыми свойствами В, с толстым покрытием Д, с установленной по ГОСТ 10052-75 группой индексов, указывающих характеристики наплавленного металла и металла шва, 2975, с основным покрытием Б, для сварки во всех пространственных положениях, кроме вертикального сверху вниз 2 на постоянном токе обратной полярности 0:
Э-10Х25Н13Г2 -ОЗЛ-6 - 5,0 - ВД FqCT g466_75 roCT 10052-75.
E - 2975 - Б20
Указывают на этикетках или в маркировке коробок, пачек и ящиков с электродами.
Электроды ОЗЛ-6 — 5,0 ГОСТ 9466 75 — в документации.
Электроды типа Э-65Х11НЗ по ГОСТ 10051-75, марки ОМГ-Н диаметром 4,0 мм, для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами Н, с толстым покрытием Д, с установленной по ГОСТ 10051 75 группой индексов, указывающих характеристики наплавленного металла, 300/33-1, с основным покрытием Б, для наплавки в нижнем положении 4 на постоянном токе обратной полярности 0:
Э-65Х11 ИЗ ОМ Г-Н 4,0 ИД 9466-75, ГОСТ-10051 -75.
Е-300/33-1 - Б40
Указывают на этикетках или в маркировке коробок, пачек и ящиков с электродами.
Электроды ОМГ-Н-4,0 ГОСТ 9466-75 — в документации.
Электроды марки ОЗН-ЗООМ по ТУ 14-168-68-88 диаметром 4,0 мм, для наплавки поверхностных слоев с особыми свойствами Н, с толстым покрытием Д, с установленной по ГОСТ 10051-75 группой индексов, указывающих характеристики наплавленного металла, 300/33-1, с основным покрытием Б, для наплавки в нижнем положении 4 на переменном токе и постоянном токе обратной полярности 3:
ОЗН-ЗООМ - 4,0 - Н Е-300/33-1- Б43
ГОСТ 9466-75, ТУ 14-168-68-88.
Указывают на этикетках или в маркировке коробок, пачек и ящиков с электродами.
Электроды ОЗН-ЗООМ — 4,0 ГОСТ 9466 75 — в документации.
Для прочтения нижней части условного обозначения сварочных электродов, закодированных по указанным стандартам, удобно использовать схемы, приведенные на рис. 10-14.
55
Обозначение электрода Минимальные механические свойства металла шва Минимальная температура, при которой (KCV) 34Дж/см2, ‘С
Индекс Og, МПа $5. % Индекс
Е370 370 >0 0 -
Е410 Е430 410 430 <20 0 -
Е411 Е431 410 430 20 1 *20
Е412 Е432 410 430 22 2 0
Е413 Е433 410 430 24 3 -20
Е414 Е434 410 430 24 4 -30
Е415 Е435 410 430 24 5 -40
Е416 Е436 410 430 24 6 -50
Е417 Е437 410 430 24 7 -60
Е5Ю Е511 Е512 Е513 Е514 Е515 Е516 Е517 510 510 510 510 510 510 510 510 <18 0 -
18 1 +20
18 2 0
20 3 -20
20 4 -30
20 5 -40
20 6 -50
20 7 -60
Индекс Вид покрытия
А Кислый
Б Основной
Ц Целлюлозный
Р Рутиловый
АЦ, АБ и т.п. Смешанный
+Ж >20 Fe порошка
П Прочие
~1 I г-
Пример: Е412 (5) Б2 0
Индекс Положение швов при сварке
1 Все
2 Все, кроме вертикального сверху вниз
3 Нижнее, горизонтальное на вертикальной плоскости и вертикальное снизу вверх
4 Нижнее
Индекс Полярность постоянного тока трансфер матора, В
0 Обратная (+) -
1 Любая (-+) 50
2 Прямая (-) 50
3 Обратная (+) 50
4 Любая (-+) 70
5 Прямая (-) 70
6 Обратная (+) 70
7 Любая (-+) 90
8 Прямая (-) 90
9 Обратная (+) 90
Рис. 10. Система кодирования электродов для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей по ГОСТ 9466 75 и
ГОСТ 9467- 75
56
Минимальная температура, при которой (KCV) 34Дж/смг, 'С Максимальная рабочая температура, при которой регламентируется одп металла шва, *С
Индекс Индекс
0 - 0 <450
1 +20 1 450-465
2 0 2 470-485
3 -20 3 490-505
4 -30 4 510-525
5 -40 5 530-545
6 -50 6 550-565
7 -60 7 570-585
- - 8 590-600
- - 9 >600
Индекс Вид покрытия
А Кислый
Б Основной
Ц Целлюлозный
Р Рутиловый
АР и др. Смешанный
+Ж >20Fe порошка
П Прочие
Г-
Пример: Е-27-Б-20
Индекс Положение швов при сварке
1 Все
2 Все, кроме вертикального сверху
3 Нижнее, горизонтальное на вертикальной плоскости и вертикальное снизу вверх
4 Нижнее
Индекс Полярность постоянного тока трансформатора, В
0 Обратная (+) -
1 Любая (-+) 50
2 Прямая (-) 50
3 Обратная (+) 50
4 Любая (-+) 70
5 Прямая (-) 70
6 Обратная (+) 70
7 Любая (-+) 90
8 Прямая (-) 90
9 Обратная (+) 90
Рис. 11. Система кодирования электродов для сварки легированных теплоустойчивых сталей по ГОСТ 9466-75 и ГОСТ9467-75
57
Стойкость против МККпоГОСТ 6032-2003
Индекс Метод
0 -
2 AM и АМУ
3 Б
4 ВиВУ
5 Д
Индекс Максимальная рабочая температура, ’С по:
жаропрочности жаростойкости
0 - -
1 До 500 До 600
2 510-550 610-650
3 560-600 660-700
4 610-650 710-750
5 660-700 760-800
6 710-750 810-900
7 760-800 910-1000
8 810-850 1010-1100
9 >850 >1100
Содержание ферритной фазы в наплавленном металле, %
Индекс
0 не нормир.
1 0,5-4,0
2 2,0-4,0
3 2,0-5,5
4 2,0-8,0
5 2,0-10
6 4,0-10
7 5,0-15
8 10-20
t+п
Пример: Е-2975 Б20
Индекс Вид покрытия
А Кислый
Б Основной
Ц Целлюлозный
Р Ругиловый
АЦ РБ и т.п. Смешанный
+Ж >20 Fe порошка
П Прочие
Индекс Положение швов при сварке
1 Все
2 Все, кроме вертикального сверху вниз
3 Нижнее, горизонталь ное на верти кальной плоскости и вертикальное снизу вверх
4 Нижнее
Индекс Полярность постоянного тока U«x трансформатора, В
0 Обратная (+) -
1 Любая (-+) 50
2 Прямая (-) 50
3 Обратная (+) 50
4 Любая (-+) 70
5 Прямая (-) 70
6 Обратная (+) 70
7 Любая (-+) 90
8 Прямая (-) 90
9 Обратная(+) 90
Рис. 12. Система кодирования электродов для сварки высоколегированных сталей по ГОСТ9466-75и ГОСТ 10052-75
58
Индекс Твердость наплавленного метвлла Индекс
HV НРС., HV НПСЭ
Индекс Вид покрытия
200/22 250/27 300/33 350/39 400/42 450/47 500/49 550/51 600/54 650/57 175-224 225-274 275-324 325-374 375-424 425-474 475-524 525-574 575-624 625-674 До 23,0 24,0-30,0 30,5-37,0 37,5-40,0 40,5-44,5 45,5-48,5 49,0 50,0-52,5 53,0-55,5 56,0-58,5 675-724 725-774 775-824 825-874 875-924 925-974 975-1024 1025-1074 1075-1124 1125-1174 59,0 60,0-61,0 62,0 63,0-64,0 65,0 66,0 66,5-68,0 69,0 70,0 71,0-72,0 700/59 750/61 800/62 850/64 900/65 950/66 1000/68 1050/69 1100/70 1150/72
А Кислый
Б Основной
Ц Целлюлозный
*Слева от косой черты указана средняя твердость наплавленного металла по Викерсу, справа - по Роквеллу. Р Рутиловый
АЦ, РБ и т.п. Смешанный
Индекс Т ермообработка после наплавки
+Ж >20Fe порошка
1 нет
2 есть П Прочие
I
I
Пример: Е-300/33-1 - Б 20
,_________________________It
Индекс Положение швов при наплавке
Индекс Полярность постоянного тока и» трансформатора, В
1 Все
2 Все, кроме вертикального сверху вниз 0 Обратная (+) —
1 Любая (-+) 50
3 Нижнее, горизонтальное на вертикальной плоскости и вертикальное снизу вверх 2 Прямая (-) 50
3 Обратная (+) 50
4 Любая (-+) 70
5 Прямая (-) 70
4 Нижнее 6 Обратная (+) 70
7 Любая (-+) 90
8 Прямая (-) 90
9 Обратная (+) 90
Рис. 13. Система кодирования ГОСТ9466-75 и ГОСТ 1005175
электродов для наплавки по
59
Механические свойства наплавленного металла
Индекс Минимальный предел текучести <т ,МПа Временное сопротивление (У МПа Минимальное относительное удлинение 65, %
35 355 440-570 22
38 380 470-600 20
42 420 500-640 20
46 460 530-680 20
50 500 560-720 18
Минимальная температура, при которой работа удара наплавленного металла не менее 47 Дж,‘С
Индекс Температура
Z Не регламентируется
А +20
0 0
2 -20
3 -30
4 -40
5 -50
6 -60
Обозначение Максимальное содержание водорода в наплавленном металле, мл/100г
Н5 5
НЮ 10
Н15 15
Химический состав наплавленного металла
Индекс Массовая доля элементов, %’’2
Мп Мо Ni
Без обозначения 2,0 - -
Мо 1,4 0,3-0,6 -
МпМо >1,4 до 2,0 0,3-0,6 -
INi 1,4 - 0,6-1,2
2Ni 1,4 - 1,8-2,6
3Ni 1,4 - >2.6 до 3,8
Мп 1 Ni >1,4 до 2,0 - 0,6-1,2
1 NiMo 1,4 0,3-0,6 0,6-1,2
Z Другие составы
1 Если не оговорено, то Мо<0,2; Ni<0,3; Сг<0,2; V,<0,06; Nb<0,05;Cu<0,3; 2 Отдельные значение в таблице являются максимальными
Производительность и род тока
Индекс Коэффициент перехода ап, % Род тока
1 >105
2 >105 =
3 >105 <125 =
4 >105 <125 =
5 >125<16О
6 >125 <160 =
7 >125<160
8 >160 =
Индекс Покрытие (виды)
А Кислое
С Целлюлозное
R Рутиловое
RR Рутиловое толстое
RC Рутилово-целлюлозное
RA Рутилово-кислое
RB Рутилово-основное
В Основное
Индекс Положение швов при сварке
1 Все положения
2 Все, кроме вертикального сверху вниз
3 Стыковой шов в нижнем положении, угловой в нижнем и горизонтальном положениях
4 Стыковой и угловой швы в нижнем положении
5 Вертикальное положение сверху вниз и положения по индексу 3
Рис. 14. Система кодирования электродов для ручной дуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей по стандарту EN 499
60
Производимые на постсоветском пространстве электроды поступают и к потребителям других стран, в первую очередь европейских, где приняты другие стандарты на электроды и другие системы классификации и кодирования. Такими стандартами, с которыми наиболее часто приходится встречаться отечественным пользователям электродной продукции, являются международный стандарт ISO 2560 «Сварочные материалы. Электроды покрытые для ручной дуговой сварки нелегированных и мелкозернистых сталей. Классификация», положения которого были учтены при создании ГОСТ 9466-75, и, особенно, европейский стандарт EN 499 «Электроды стержневые металлические покрытые для ручной дуговой сварки нелегированных и мелкозернистых сталей. Классификация».
Стандарт EN 499, классификация по которому приведена на рис. 14, содержит следующие 8 индексов кодирования электродов: 1 — буква Е (электрод); 2 — две цифры (от 35 до 50) обозначают минимальный предел текучести, временное сопротивление и минимальное относительное удлинение наплавленного металла; 3 — одна цифра, соответствует минимальной температуре, при которой работа удара наплавленного металла на образцах с острым надрезом составляет не менее 47 Дж; 4 — группа буквенных или буквенно-цифровых обозначений, соответствует химическому составу наплавленного металла; 5 — буквенное обозначение вида покрытия; 6 — одна цифра, соответствует производительности процесса сварки (значению коэффициента перехода ап) по роду применяемого при сварке тока (постоянному (=) или постоянному и переменному (=, ~); 7 — одна цифра, обозначает положение стыковых и угловых швов при сварке; 8 — буквенно-цифровое обозначение содержания водорода в наплавленном металле в мл/100г (при содержании водорода свыше 15 мл/100 г индекс не ставится).
Таким образом, стандарт EN 499 принципиально отличает введение норм по минимальному пределу текучести, минимальной температуре, при которой значение работы удара на образцах с острым надрезом составляет не менее 47 Дж, и по химическому составу наплавленного металла.
Согласно международному стандарту ISO 2560 классификация электродов производится по двум системам — А и В. Классификация по системе А базируется, главным образом, на европейском стандарте EN 499 и основана на двух основных принципах кодирования: по значениям предела текучести и работе удара 47 Дж на
61
плавленного металла. Классификация по системе В базируется на стандартах стран Тихоокеанского региона и основана на индексах кодирования, связанных с другими показателями механических свойств наплавленного металла: временного сопротивления разрыву и работе удара 27 Дж. При этом допускается (и это отмечается в условном обозначении электродов) кодирование по работе удара в 47 Дж. Аналогична классификация по стандарту Украины ДСТУ ISO 2560:2004.
Прочитав условное обозначение электродов-аналогов других отечественных и зарубежных фирм, производитель электродов может оценить конкурентоспособность собственной продукции и принять необходимые технические меры для ее повышения.
62
Глава 3.
Основные процессы, протекающие при ручной дуговой сварке
Процессы в сварочной дуге
Возможность обеспечения требований, которые потребители предъявляют к электродам, во многом определяется способностью управления процессами, протекающими при дуговой сварке. По этой причине сотрудникам электродных производств необходимо иметь об этих процессах достаточное представление.
Электрод и свариваемый (основной) металл расплавляются за счет теплоты сварочной дуги, которая выделяется в ней в результате преобразования электрической энергии, поступающей от внешнего источника постоянного или переменного тока. При протекании электрического тока электроны, сталкиваясь с атомами проводника — металлического стержня электрода, передают ему часть своей кинетической энергии, что вызывает разогрев этого проводника. Разогрев пропорционален электросопротивлению проводника и силе электрического тока.
Электрическая дуговая сварка на постоянном токе
Источники постоянного тока. Для дуговой сварки на постоянном токе применяют генераторы или выпрямители. Генератор постоянного тока превращает механическую энергию в электрическую. Во время работы генератор как бы отсасывает электроны от положительного полюса (анода «+») и перемещает их к отрицательному полюсу (катоду «-»). Недостаток электронов на аноде и их избыток на катоде создают напряжение или разность потенциалов. Для получения постоянного тока широко применяют и сварочные выпрямители, действие которых основано на способности некоторых полупроводников пропускать переменный ток только в
63
Рис. 15. Принципиальная схема ручной дуговой сварки покрытым электродом: а — схема (1 свариваемые детали (основной металл); 2 — плавящийся электрод; 3 — электрическая дуга; 4 — сварочная ванна; 5 — электрододержатель; 6 — источник питания сварочной дуги); б — сварное соединение (1 — свариваемые детали; 7 — сварной шов)
одном направлении. Для сварки один из полюсов источника постоянного тока гибким кабелем соединяют через электрододержатель со свободным от покрытия участком электрода. Второй полюс источника тока соединяют со свариваемым изделием. Схема соединения изделие—генератор—электрод приведена на рис. 15.
При работающем генераторе и разомкнутой цепи ток не течет, а напряжение между изделием и электродом (напряжение холостого хода) максимально и ограничивается только нормами техники безопасности. Если электрическую цепь замкнуть, плотно прижав электрод к изделию, напряжение снизится почти до нуля, а сила тока будет максимальна.
Напряженность электрического поля. При приближении электрода к свариваемому изделию между противоположно заряженными изделием и электродом устанавливается определенное взаимодействие, которое характеризуется напряженностью электрического поля Е. Напряженность Е будет тем выше, чем больше разность потенциалов между электродом и изделием и чем меньше расстояние между ними. Но практика показывает, что при приближении электрода к изделию без контакта даже на минимальное расстояние ток не потечет. Это доказывает, что между электродом и изделием заряженные частицы отсутствуют, а электроны, находящиеся в избытке на катоде, не в состоянии беспрепятственно вый
64
ти из металла, несмотря на сравнительно высокую напряженность электрического поля.
Работа выхода электронов. Силами, которые удерживают электроны в металле, является коллективное действие положительных зарядов, находящихся в ядрах атомов металла. Для преодоления этих сил и извлечения электронов из металлов необходимо затратить определенную работу — работу выхода электрона (р. Для разных металлов она различна:
Метам Работа выхода электрона, эВ
К.....................................................2,02
Na....................................................2,12
Са....................................................3,34
Al....................................................3,74
Си....................................................4,47
Сг...................................................... 4,51
Fe....................................................4,79
Ni....................................................4,84
Как правило, наличие оксидных пленок на металлах существенно снижает работу выхода.
Зажигание электрической дуги. Дугу зажигают кратковременным касанием свариваемого изделия электродом или чирканьем его торцом о поверхность металла (рис. 16). В момент соприкосновения через места контакта пойдет ток большой силы. Так как пло-
Рис. 16. Схема зажигания дуги: а — кратковременным касанием; б —
чирканьем о поверхность металла
5 - 9-423
65
гцадь контакта мала, то через нее потечет ток высокой плотности. Это приведет к выделению теплоты, достаточной для расплавления и частичного испарения металла в месте контакта.
Последующий отрыв электрода от изделия произойдет не мгновенно. В процессе отрыва расстояние от изделия до электрода будет увеличиваться постепенно. В какое-то мгновение расстояние станет достаточным для достижения напряженности электрического поля, обеспечивающей выход электронов (эмиссию) из катода, тем более, что работа их выхода из расплавленного или нагретого металла меньше, чем из холодного. Освободившиеся электроны устремятся к аноду, получая энергию от электрического поля (анод притягивает, катод отталкивает). Количество этой энергии зависит от разности потенциалов изделия и электрода. Часть получаемой энергии электроны будут передавать молекулам воздуха или парам металла, разогревая их до высокой температуры, а часть - на непрерывное воспроизводство заряженных частиц, без чего электри
ческая дуга не может существовать.
Ионизация элементов. Известно, что на периферии положительно заряженных ядер атомов находятся электроны. Электроны, расположенные на внешней орбите, связаны с атомом слабее, чем находящиеся на внутренних орбитах. Если эти электроны удалить, электронейтральность атома нарушится, он превратится в положительно заряженный ион. Для ионизации атомов необходимо затратить определенную работу:
Элемент Работа ионизации, эВ
Цезий (Cs)...................................3,88
Калий (К)....................................4,30
Натрий (Na)..................................5,11
Алюминий (А1)................................5,98
Кальций (Са).................................6,11
Хром (Сг)....................................6,76
Марганец (Мп)................................7,43
Никель (Ni)..................................7,63
Медь (Си)....................................7,72
Железо (Fe)..................................7,83
Кремний (Si).................................8,15
Водород (Н).................................13,60
Кислород (О)................................13,60
Азот (N)....................................14,52
Фтор (F).....................................18,6
66
Масса иона металла, практически равная массе нейтрального атома, в тысячи раз больше массы электрона, например для железа — примерно в сто тысяч раз. Поэтому при равных значениях кинетической энергии mV2/2 электрона и иона скорость электрона более чем в 300 раз превосходит скорость иона железа. В связи с малой массой электроны при ударе по какой-либо частице могут передать ей почти всю запасенную энергию. В то же время при ударе нейтрального атома таким же атомом или ионом может быть передано не более половины запасенной энергии.
Прикатодная область сварочной дуги. Область, включающая положительный пространственный заряд и простирающаяся до катода, называется прикатодной областью электрической дуги. Несмотря на очень малую протяженность этой области, в основном именно в ней образуются элементарные электрические заряды, без которых электрический ток в газах и парах невозможен.
В начальный момент отрыва электрода от металла, на коротком пути, электрон приобретает большой запас кинетической энергии и лишь частично тратит се на нагрев газов и паров. Налетая на нейтральный атом, электрон способен ионизировать его, т. е. выбить из него новый электрон. В результате вместо нейтрального атома и электрона появятся положительно заряженный ион и два электрона.
Многочисленность случаев ионизации приводит к созданию вблизи катода пространственного положительного заряда. В результате между катодом и пространственным зарядом возникает разность потенциалов, называемая катодным падением потенциала UK.
Расстояние от катода до пространственного заряда не превышает тысячной доли миллиметра. Поэтому напряженность электрического поля между катодом и этим зарядом сможет обеспечить выход новых электронов из катода.
Положительные ионы под воздействием электрического поля непрерывно движутся к катоду, достигнув который передают ему свою кинетическую энергию и, захватывая электроны, превращаются в нейтральные атомы. При этом работа, затраченная на ионизацию, возвращается в виде теплоты. Большая часть энергии, получаемой катодом, расходуется на расплавление металла.
Столб сварочной дуги. Часть электрической дуги, непосредственно примыкающая к прикатодной области, называется столбом дуги.
В этой части дуги, имеющей протяженность в несколько миллиметров, происходит, в основном, перенос электронов, образующих
5*
67
ся у катода. Затраты энергии на перенос готовых зарядов значительно меньше, чем на их образование, поэтому напряженность электрического поля в столбе дуги будет во много раз меньше, чем в прикатодной области. Электрическая энергия в столбе дуги расходуется, главным образом, на нагрев газов и паров, через которые движутся электроны. При этом на нейтральные частицы электрическое поле не воздействует, такие частицы непрерывно уходят из столба дуги в окружающее пространство, унося с собой полученную энергию. Часть энергии теряется также на излучение и на ионизацию весьма небольшого количества атомов.
Температуру столба сварочной дуги оценивают в 5000-6500 °C. При такой температуре возможна термическая ионизация нейтральных атомов. Образующиеся электроны направляются к аноду, как и электроны из прикатодной области, а положительно заряженные ионы движутся к катоду. Однако количество элементарных зарядов, образующихся в столбе дуги, составляет не более одного процента от их общего количества. Поэтому они не оказывают существенного влияния на характеристики расплавления металла электрода и свариваемого изделия.
Прианодная область. Эта область находится между анодом и столбом дуги. Ее протяженность несколько больше протяженное™ прикатодной области. У поверхности анода ток переносят только электроны, поступающие, главным образом, из столба дуги.
Образование электронов и положительных ионов в этой области происходит в сравнительно малом количестве вблизи анода вследствие ионизации нейтральных атомов электронами с повышенной энергией, разгоняемых электрическим полем. Возникающие на границе прианодной области со столбом дуги положительные ионы формируют пространственный положительный заряд, препятствующий движению электронов к аноду. Поэтому между анодом и пространственным зарядом возникает разность потенциалов, называемая анодным падением потенциала U.A.
Напряженность электрического поля вблизи анода будет весьма значительной, но меньше напряженности поля у катода.
Электроны, разогнанные электрическим полем, передают аноду свою кинетическую энергию, а также возвращают в виде теплоты работу выхода электронов, затрачиваемую на их извлечение из катода. Основная часть получаемой энергии расходуется на нагрев и расплавление анода, а некоторая — на излучение и на разогрев атмосферы, окружающей анод.
68
Рис. 17. Схема изменения напряжения в сварочной дуге: /д — длина дуги; 1К — длина прикатодной области; 1С — длина столба дуги; 1,Л — длина прианодной области; UR — напряжение на дуге; UK — катодное падение потенциала; Ua — анодное падение потенциала; Uc — падение потенциала в столбе дуги
Из сопоставления явлений на катоде и аноде видно, что количество электронов, расходуемых катодом в единицу времени на эмиссию и нейтрализацию положительных ионов, равно количеству электронов, поступающих на анод. Генератором тока эти электроны вновь поставляются на катод.
Из графика изменения напряжения в сварочной дуге по всей ее длине (рис. 17) видно, что в прикатодной области напряжение UK стремительно возрастает. В связи с малой протяженностью области и высоким значением UK напряженность имеет весьма большое значение Ек = UK /ек, обеспечивающее выход электронов из катода и их последующий разгон до высокой энергии, необходимой для ионизации нейтральных атомов. Противоположная ситуация в столбе дуги, поэтому его напряженность Ес = Uc/ec будет иметь небольшое значение.
В прианодной области ток переносят электроны, поступающие, главным образом, из столба дуги. Лишь небольшая их часть образуется вблизи анода при ионизации нейтральных атомов. На это расходуется меньшее количество энергии, чем в прикатодной области. Поэтому падение напряжения ия и напряженность поля Ea = Ua/ea У анода будет ниже, чем прикатодной области.
69
Плавление электрода при сварке. Дуговую сварку можно производить при питании электрода как от положительного, так и от отрицательного полюсов сварочного генератора. Выбор полюса определяют металлургические особенности электрода. Чаще электрод соединяют с анодом (+) — сварка на обратной полярности, реже с катодом (-) сварка на прямой полярности.
Основная часть теплоты выделяется в приэлектродных областях дуги на аноде и катоде, т. е. на торце электрода и в расплавляемой части свариваемого металла. После возбуждения дуги между электродом и свариваемым металлом начинает плавиться металлический стержень электрода и на его торце образуется капля расплавленного металла. Под действием высокой температуры расплавляется и часть покрытия электрода, прилегающая к плавящемуся участку стержня.
Капля металла растет до определенного размера, характерного для данной марки и диаметра электрода, а также условий сварки,
8
Рис. 18. Схема формирования сварного шва (продольный разрез): 1 — затвердевший шлак; 2 — жидкий шлак на сварочной ванне; 3 — поток газовой защиты плавящегося металла; 4 — капля жидкого металла, переходящая через дуговой промежуток; 5 — электродный стержень; 6 — электродное покрытие; 7 — ванна жидкого металла; 8 — закристаллизовавшийся металл шва; стрелкой показано направление сварки
70
после чего отрывается и, попадая в расплавленный основной металл, перемешивается с ним. При многократном повторении такого процесса сначала образуется сварочная ванна, затем формируется сварной шов.
Расплавленное покрытие электрода частично обволакивает образующиеся капли металла, частично переносится в сварочную ванну, где отделяется от жидкого металла и образует шлак, покрывающий сварной шов.
Схема формирования сварного шва показана на рис. 18.
В процессе образования капель на торце электрода их интенсивно бомбардируют электроны при сварке на обратной полярности или положительные ионы — при прямой полярности. Поэтому их средняя температура превышает на 300 600 °C температуру плавления стержня и доходит до 2200 °C.
Характеристики плавления электродов. Согласно ГОСТ 9466-75, производительность электродов оценивают коэффициентом наплавки ОСН. Значение ая |г/(А ч)] определяют массой металла, наплавленного в процессе сварки за 1 ч, приходящейся на силу тока в 1 А, характеризуя, таким образом, удельную производительность сварки. Коэффициент наплавки существенно зависит от состава покрытия и полярности, на которой выполняют сварку. Другой нормируемой характеристикой электродов является их расход — масса (кг), необходимая для получения 1 кг наплавленного металла. Приведенные две характеристики необходимы при выборе марки и требуемого количества электродов для выполнения сварочных и наплавочных работ.
Еще одной характеристикой электродов является коэффициент расплавления ар. Его значение определяют массой расплавленного электрода в граммах за 1 ч при прохождения тока в 1 А. Для определения влияния различных факторов на скорость плавления электродов коэффициент расплавления более пригоден, чем коэффициент наплавки, так как при его расчете нс учитывают потери металла на угар и брызги.
В табл. 14 приведены опытные данные о влиянии тонкого покрытия из различных веществ, нанесенных на стержни из низкоуг-лсродистой стали, на значения коэффициента расплавления при сварке на прямой и обратной полярности. Из таблицы видно, что при сварке на прямой полярности (на электроде (-)) коэффициент расплавления самым существенным образом зависит от вида компонента, составляющего покрытие электрода. При сварке на обрат-
71
Таблица 14. Зависимость коэффициента расплавления от состава покрытия (стержень диаметром 4,0 мм)
Компонент покрытия Коэффициент расплавления ар, г/(А-ч)
прямая полярность (-) обратная полярность (+)
Кварц 21,6 14,0
Углекислый натрий 16,2 13,8
Ферромарганец 13,8 9,9
Углекислый калий 8,8 11,0
Мрамор 7,6 13,0
Углекислый барий 5,1 12,5
Углекислый цезий 3,4 10,1
ной полярности (на электроде (+)) этот коэффициент изменяется значительно меньше,
В связи со сложностью и неполной изученностью вопроса остановимся лишь на основных, наиболее вероятных причинах выявленной закономерности. Отметим, что ряд веществ, нанесенных на катод, существенно снижает работу выхода электронов. К таким веществам относят пленки оксидов металлов, в первую очередь — щелочно-земельных металлов. Приближенно оценим баланс (приход и расход) теплоты на катоде и аноде с учетом влияния веществ, нанесенных на стержень.
Катод получает теплоту за счет кинетической энергии положительных ионов, разогнанных электрическим полем, работы, затраченной на ионизацию, частично возвращаемой катоду при захвате ионами электронов из катода. Катод отдает теплоту выходящим из него «горячим» электронам, имеющим большой запас энергии. Выход таких электронов охлаждает катод.
При наличии на катоде пленок, снижающих работу выхода электрона, для извлечения электронов из катода необходимо меньшее катодное падение потенциала. Следовательно, потребуется меньший пространственный положительный заряд, составленный меньшим количеством положительных ионов. Число положительных ионов, поступающих на катод, и энергия каждого из них будут уменьшаться, что приведет к снижению коэффициента расплавления электрода.
Предположим теперь, что на электрод нанесено покрытие, содержащее атомы элементов, на ионизацию которых требуется за
72
тратить малое количество работы. Очевидно, чем меньшая работа требуется на ионизацию атомов, тем меньше ее количество получит катод при переходе ионов в нейтральные атомы. Важно отметить, что чем больше масса каждого из положительных ионов, тем медленнее они будут двигаться к катоду и тем меньшее их количество потребуется для формирования необходимого пространственного заряда. Поэтому наличие в покрытии электродов веществ, атомы которых обладают большой массой, требуют малых затрат работы на ионизацию и снижают работу выхода электронов, приводит к резкому уменьшению коэффициента расплавления электродов при сварке на прямой полярности. Как видно из табл. 14, такими веществами являются углекислый барий и особенно углекислый цезий, атомы которого почти в 2,5 раза массивней атомов железа, а работа на ионизацию составляет всего 3,88 эВ.
Если атомы металла стержня требуют для ионизации меньше энергии, чем атомы покрытия, то они будут ионизироваться в первую очередь, что и определяет значение ар. Здесь проявляется принцип минимума: электрическая дуга горит при минимально возможной затрате энергии.
Анод получает теплоту за счет кинетической энергии электронов, разогнанных электрическим полем, и работы выхода электронов, возвращаемой аноду. Если теплота, расходуемая электродом, когда он является катодом, зависит от соотношения получаемой и отдаваемой энергий, то при сварке на обратной полярности электрод энергию только получает. Поэтому возможностей для вариации количества получаемой теплоты будет меньше.
Наличие в атмосфере дуги атомов с низким значением работы их ионизации снизит анодное падение потенциала. Поэтому электроны придут на анод с меньшим запасом энергии, что снизит скорость плавления электрода. Однако в связи со сравнительно малым значением пространственного заряда перед анодом коэффициент расплавления снизится в меньшей степени, чем при сварке на прямой полярности.
Сварка на переменном токе. Большая часть выпускаемых электродов предназначена для сварки на переменном токе, что связано с низкой стоимостью и экономичностью применяемого для этой цели оборудования. Рассмотрим особенности сварочной дуги переменного тока и некоторые меры повышения стабильности ее горения.
При сварке на переменном токе дуга угасает в конце каждого полупериода, а в начале следующего полупериода должна возбуж
73
даться вновь. В связи с периодическим изменением направления течения тока электрод попеременно становится то анодом, то катодом. При промышленной частоте (50 Гц) промежуток времени между двумя последовательными угасаниями дуги равен длительности одного полупериода и составляет 0,01 с. За это время дуга должна возникнуть, развиться и угаснуть вновь. Непосредственно после угасания дуги в междуговом промежутке остаются еще положительные ионы и электроны. Помимо этого, с расплавленного торца электрода и с поверхности сварочной ванны, нагретых до высокой температуры, вылетает малое количество электронов, энергия которых внутри металла превышает работу выхода (термоэлектронная эмиссия).
Одновременное присутствие в междуговом промежутке электрических зарядов противоположных знаков снижает скорость их рассеивания в связи с наличием взаимного притяжения.
Если к моменту возникновения и нарастания напряжения заряженные частицы (особенно положительные ионы) сохранятся в дуговом промежутке в достаточном количестве, то электрическая дуга легко возникнет и разовьется. Это происходит следующим образом: электроны устремляются к вновь образованному аноду, нагревая при этом атмосферу дуги, а положительно заряженные ионы устремляются к катоду и, формируя пространственный положительный заряд, обеспечивают выход электронов из катода. Далее все будет происходить так, как это наблюдается в процессе первоначального возбуждения дуги при сварке на постоянном токе. Подобный механизм повторного возбуждения и горения дуги имеет место при сварке на переменном токе электродами с рутиловым покрытием, в состав которого входят оксиды калия и другие легко ионизируемые элементы.
Если к моменту нарастания напряжения после перехода тока через нуль концентрация заряженных частиц (особенно положительных ионов) будет недостаточна, то дуга не сможет возбудиться вновь. Это происходит, например, при попытке сварки голыми электродами (стержнями).
Исходя из изложенного, видно, что стабильность сварочной дуги будет повышаться при введении в покрытие легко ионизируемых элементов, а также при увеличении диаметра электродов или силы сварочного тока. Последнее связано с тем, что повышение мощности дуги приводит к росту ее температуры, а следовательно, к увеличению времени существования положительных ионов.
74
Противоположно влияние атомов элементов-деионизаторов, обладающих сродством к электронам и способных образовывать довольно стойкие отрицательные ионы. Сродством к электрону называют количество энергии, выражаемой обычно в электрон-вольтах, которое выделяется при присоединении электрона к нейтральному атому. Обратное разложение отрицательного иона на нейтральный атом и электрон требует затраты такого же количества работы (энергии).
Ниже приведено сродство ряда элементов к электрону:
Элемент Сродство к электрону, эВ
а........................................................'..з,7
F...........................................................3,6
Вг..........................................................3,5
Si..........................................................1,8
О...........................................................1,5
Механизм возникновения атомов элементов-деионизаторов следующий: во время перехода тока через пуль действие электрического поля прекращается. Электроны, находящиеся в междуговом промежутке, в результате многочисленных столкновений с различными частицами быстро теряют энергию и, встречаясь с атомами элементов-деионизаторов, присоединяются к ним с выделением энергии связи. В результате вместо легких и подвижных электронов образуются массивные отрицательно заряженные ионы.
Чем больше сродство атома к электрону, тем большая возможность образования отрицательного иона. Отметим, что при высоких скоростях электронов вероятность образования отрицательных ионов очень мала. Поэтому при установившемся дуговом разряде (сварка на постоянном токе) они практически отсутствуют.
Рассмотрим механизм снижения стабильности сварочной дуги отрицательными ионами. Отрицательные ионы образуются в любом участке междугового пространства, в частности, у вновь возникающего катода. Обладая во много тысяч раз большей массой, чем электрон, они начнут медленно отходить от катода, на который в начале полупериода будет подаваться напряжение. При этом действие пространственного положительного заряда, формирующегося из оставшихся положительных ионов, будет еще более ослабляться нейтрализующим влиянием отрицательных ионов. Поэтому напряженность поля у катода не сможет обеспечить выход необходимого количества электронов, и дуга угаснет.
Для изготовления электродов с основным покрытием по металлургическим соображениям широко используют плавиковый шпат
75
(CaF2) в виде плавиковошпатового концентрата. При высокой температуре сварочной дуги он частично диссоциирует с выделением фтора. При сварке на постоянном токе это не влияет на стабильность дуги. Однако при сварке на переменном токе достаточно ввести в покрытие 2-4% плавикового шпата, чтобы стабильность горения дуги существенно снизилась. Указанное обстоятельство необходимо учитывать на практике.
Для облегчения первоначального возбуждения сварочной дуги в современном электродном производстве часто используют ионизирующие покрытия, наносимые на оголенный торец электрода.
Металлургические процессы при сварке покрытыми электродами
Металлургические процессы при сварке по своему характеру и скорости протекания значительно отличаются от подобных процессов в большой металлургии, где они проходят в течение длительного времени и достигают равновесного состояния.
Для ручной дуговой сварки характерны следующие отличительные особенности: малая масса расплавленного металла (масса капли до 0,4-0,5 г, сварочной ванны — до 4-5 г); краткое время существования металла в жидком состоянии (капли — до 0,4-0,5 с, сварочной ванны — от 1 до 6-8 с); быстрый отвод теплоты от сварочной ванны в прилегающие к ней участки основного металла; высокая скорость нагрева, сопровождаемая перегревом расплавленного металла на 500-800°С выше температуры плавления; очень высокая температура окружающей расплавленный металл газовой фазы, приближающаяся к температуре дуги (до 5200-5600 °C); постоянное движение капли, металла сварочной ванны, шлаковой и газовой фаз; существенное различие температур металла в капле (2100-2300 °C), головной (1700-2100 °C) и хвостовой (1500-1700 °C) частях ванны; одномоментное протекание различных стадий металлургического процесса — раскисления, легирования, рафинирования и др.; площадь взаимодействия поверхности капель жидкого металла и сварочной ванночки с газами и шлаком, приходящаяся на единицу массы жидкого металла в единицу времени, в несколько тысяч раз превосходит аналогичный показатель при выплавке стали.
Кроме того, если при выплавке металла в металлургии ванна жидкого металла находится в нижнем положении, то расплавление
76
электродного металла часто происходит в пространственных положениях, отличных от нижнего.
Образование и кристаллизация сварочной ванны. При дуговой сварке основной металл расплавляется и перемешивается с жидким металлом, переходящим с плавящегося электрода отдельными каплями. Число капель, образующихся на торце электрода, зависит от состава металла стержня, его диаметра, состава и количества покрытия, силы сварочного тока, рода тока и может колебаться от 2 до 30 капель в секунду.
Головная часть образующейся сварочной ванны, которая находится под непосредственным воздействием электрической дуги, имеет высокую температуру. В задней (хвостовой) части температура лишь несколько превышает температуру плавления металла. Средняя температура сварочной ванны при сварке углеродистой стали оценивается в 1700-1800°С.
Длина сварочной ванны зависит от ряда факторов. Она растет при повышении силы сварочного тока, увеличении диаметра электрода и скорости сварки, при уменьшении до определенного предела толщины свариваемого металла, зависит от вида электродного покрытия.
Под давлением газов, поступающих от электрода, в головной части сварочной ванны образуется углубление, называемое кратером. Выдуваемый из кратера жидкий металл перемешается в хвостовую, менее горячую часть ванны. По мере удаления источника тепла (сварочной дуги) происходит дальнейшее охлаждение и затвердевание (кристаллизация) металла хвостовой части. Кристаллизация — это процесс перехода металла ванны из жидкого состояния в твердое с образованием кристаллов (зерен). Так как теплоотвод направлен, главным образом, в сторону основного металла, то кристаллизация шва начинает происходить на частично оплавленных зернах этого металла, образуя кристаллы, одновременно принадлежащие свариваемому металлу и металлу шва. Это обеспечивает прочную связь металла шва с металлом свариваемого изделия.
Таким образом, образование капель жидкого металла на торце электрода и их перенос в расплавленную ванну происходит в течение весьма короткого промежутка времени, измеряемого долями секунд. В это время капли взаимодействуют с атмосферой сварочной дуги и жидким шлаком из плавящегося покрытия электрода. Взаимодействие жидкой сварочной ванны с газовой фазой и шлаком более длительно, но и оно не превышает нескольких секунд.
77
Все это приводит к интенсификации металлургических процессов при сварке и обеспечивает возможность получения высокого качества наплавленного металла за весьма короткий срок. В то же время скоротечность процессов требует точного соблюдения технологии изготовления и применения электродов, так как даже небольшие отклонения могут привести к нарушению течения сварочного процесса и вызвать появления брака.
Сварка голыми или тонкопокрытыми электродами. В годы зарождения ручной дуговой сварки в качестве электродов служили голые стержни из низкоуглеродистой стали. В дальнейшем для повышения стабильности горения сварочной дуги на стержни стали наносить тонкий слой (1-4% от массы стержня) стабилизаторов дуги — чаще всего мел, замешанный на жидком стекле малой плотности. Такое количество, облегчая выполнение сварки, практически не влияет на ход металлургических процессов. Как и при использовании голых стержней в наплавленном металле наблюдается снижение содержания углерода, марганца и кремния. Например, при использовании стержней с 0,09% углерода, 0,42% марганца и 0,04% кремния содержание этих элементов в наплавленном металле соответственно составляет около 0,03; 0,20 и 0,01%. При этом содержание вредных примесей, таких как сера и фосфор, возрастает на 10—15% по сравнению с их исходным содержанием в проволоке. Поскольку сварку практически выполняют без какой-либо защиты образующихся капель и сварочной ванны от воздействия атмосферы воздуха, то наплавленный металл насыщается кислородом и азотом.
В табл. 15 приведены данные о содержании этих газов в металле, наплавленном голыми электродами различного диаметра с исходным содержанием в стержнях кислорода <0,02% и азота <0,01%.
Видно, что концентрация кислорода и азота в металле швов при сварке голыми электродами резко возрастает по сравнению с их исходной концентрацией в проволоке. Большее содержание этих газов в швах, выполненных электродами меньших диаметров, связано с более высокой относительной поверхностью взаимодействия жид-
Таблица 15. Содержание газов в металле шва, %
Газ Диаметр стержня, мм
1 2 4 5
Кислород 0,72 0,55 0,302 0,14
Азот 0,218 0,18 0,13 0,105
78
ких капель с атмосферой воздуха. Однако и при больших диаметрах стержней концентрация газов остается недопустимо высокой.
Влияние кислорода, азота и водорода на свойства наплавленного металла. Вредное влияние кислорода, азота и водорода на рабочие характеристики конструкционной стали и сварных швов общеизвестна, и причины этого изложены ниже.
Растворимость кислорода в жидком железе при температуре его плавления составляет 0,175%. Повышение температуры жидкого железа приводит к росту растворимости. В то же время в твердом железе при комнатной температуре кислород растворяется в малом количестве — порядка 0,001%. Поэтому основная часть кислорода в сварных швах находится в виде оксидных включений железа, марганца, кремния и других элементов.
Эти включения, часто располагаясь по границам зерен, отрицательно сказываются на механических свойствах наплавленного металла. Они снижают его прочность и пластичность, придают ему хрупкость, особенно при отрицательных температурах.
Растворимость азота в железе зависит от его парциального давления (части давления, приходящейся на долю данного газа в смеси газов), а также от температуры и агрегатного состояния железа (твердое, жидкое). При температуре ниже 500 °C азот в железе нерастворим. В твердом железе при температуре его плавления и давлении азота в 101 кПа он растворяется в количестве 0,013%, а в жидком при той же температуре его растворимость скачкообразно увеличивается в три раза и составляет 0,039%. Рост температуры жидкого металла приводит к дальнейшему существенному увеличению растворимости азота.
В процессе кристаллизации металла шва с повышенным содержанием азота его растворимость в твердом металле скачкообразно снижается. Азот начинает выделяться на границе растущих твердых кристаллов с жидким металлом. Это может привести к образованию в швах газовых пузырьков (пор), являющихся браковочным признаком.
Наличие азота в твердом металле приводит к образованию твердого и хрупкого химического соединения азота с железом (нитрида железа). Этот процесс, называемый старением металла, протекает медленно. В результате старения прочность металла шва существенно возрастает, а его пластические свойства резко снижаются; шов становится хрупким.
Водород, как азот и кислород, при высоких температурах растворяется в большинстве металлов. Его растворимость зависит от
79
парциального давления, температуры и агрегатного состояния металла. При температуре до 100 200 °C водород в железе практически нерастворим.
В твердом железе при температуре его плавления и парциальном давлении 101 кПа водород растворяется в количестве 13,6 мл на 100 г железа. При этих же условиях в жидком железе растворимость водорода скачкообразно возрастает более чем в два раза и составляет 27,5-28 мл/100 г. Дальнейшее повышение температуры до 2400-2500 °C сопровождается увеличением растворимости водорода до 42,5 мл/100 г.
В процессе сварки в кристаллизующемся металле шва растворимость водорода резко снижается. Твердый металл пересыщается водородом. В связи с большой подвижностью водорода, находящегося в растворе в виде атомов или ионов, он интенсивно выделяется на границе твердого и жидкого металлов. При определенных условиях это может привести к пористости сварных швов.
Водород, оставшийся в твердом металле, выделяется в атмосферу через поверхность шва. Вместе с этим он поступает в микрополости, имеющиеся внутри швов. Превращаясь в молекулярную форму, водород создает в полостях высокое давление, способное образовать надрывы в металле. Водород снижает пластичность сварного соединения и при сварке стали повышенной прочности может вызвать появление трещин.
Из изложенного видно, что для получения наплавленного металла высокого качества его следует предохранять от насыщения газами. Очевидно, в первую очередь необходимо защитить сварочную ванну от воздействия воздуха и предохранить полезные элементы от выгорания.
Защита сварочной ванны от воздействия атмосферы воздуха. Сначала защиту жидкого металла, включая капли, переходящие с электрода, производили за счет нанесения достаточно толстого покрытия, состоящего из рудных и нерудных шлакообразующих материалов, применяемых при выплавке стали. Затем дополнительно стали использовать различные минералы (ильменит, тальк, каолин и др). Такие покрытия из рудоминеральных компонентов позволили существенно повысить сварочно-технологические свойства электродов: дуга горела достаточно стабильно, швы приобрели правильную форму, без подрезов и других видимых дефектов.
Также удалось несколько снизить содержание азота в металле швов за счет высокой кроющей способности шлака, защищавшего
80
капли жидкого металла в процессе их образования и переноса в сварочную ванну. Однако такая защита была недостаточно эффективной. Содержание азота и особенно кислорода оставалось повышенным, марганец, кремний и углерод выгорали, механические свойства наплавленного металла были недопустимо низкими. Снизить содержание азота удалось за счет комбинированной шлако-газовой защиты жидкого металла, используя одновременно шлакообразующие и газообразующие компоненты.
В настоящее время в качестве шлакообразующих применяют кварц, рутил, плавиковый шпат, гранит, полевой шпат* и др.
Карбонаты (мрамор, мел, магнезит, доломит) являются одновременно и шлакообразующими и газообразующими. При нагревании карбонатов до высокой температуры (700-900 °C) они разлагаются на оксид металла, являющийся составной частью шлака, и углекислый газ СО2, который оттесняет воздух от сварочной ванны и капель жидкого металла, образующихся на торце электрода. Этим осуществляется надежная защита металла шва от азота. Однако в связи с тем, что углекислый газ при высокой температуре дуги диссоциирует на оксид углерода СО и кислород, атмосфера дуги остается окислительной. Поэтому жидкий металл насыщается кислородом, а углерод, марганец и другие элементы, обладающие повышенным сродством к кислороду, выгорают.
В качестве газообразующих веществ применяют некоторые углеводы (органику) — главным образом целлюлозу (С6Н1ОС>5)П. Разложение углеводов при высокой температуре происходит с выделением оксида углерода, водорода и водяных паров. Наличие в атмосфере дуги водорода и водяных паров приводит к насыщению металла шва водородом. Поэтому газовая защита за счет органики допускается только в электродах, предназначенных для сварки ни.зкоуглеродис-тых конструкционных сталей, мало чувствительных к водороду.
Так же, как при применении карбонатов, газовая защита за счет разложения углеводов сочетается со шлаковой защитой, что позволяет обеспечивать высокие сварочно-технологические свойства. Для надежной защиты от атмосферы воздуха достаточно введения в состав покрытия электродной целлюлозы (1,5-2,0% от массы стержня).
Однако, как и при использовании карбонатов, применение органики защищает от влияния атмосферы воздуха, но не предохраняет металл шва от окисления.
* Состав материалов по основным составляющим приведен в табл. 22.
6 - 9-423
81
Окисление происходит или за счет кислорода, содержащегося в образующихся газах (например, в водяных парах), или за счет окисления жидкого стекла оксидами ряда элементов, входящими в состав покрытия электродов. Экспериментально установлено, что повышение содержания оксидов железа в шлаке сопровождается закономерным увеличением кислорода в жидком металле. Известно также, что сварка окисленного (ржавого) металла также приводит к росту кислорода в швах. Для снижения содержания кислорода в наплавленном металле до приемлемого уровня необходимо раскисление жидкого металла (удаление из него кислорода) специальными раскислителями.
Раскисление наплавленного металла. Кислород находится в жидком металле, главным образом, в атомарной форме, а также в виде оксидов некоторых элементов. Элементы, применяемые в металлургии, обладают определенным сродством к кислороду. По степени уменьшения этого сродства их можно расположить в следующий ряд: кальций (Са) — магний (Mg) — алюминий (А1) — титан (Ti) — ниобий (Nb) — кремний (Si) — ванадий (V) — марганец (Мп) — хром (Сг) — молибден (Мо) — вольфрам (W) — железо (Fe) — кобальт (Со) — никель (Ni) — медь (Си). Чем правее стоит элемент в этом ряду, тем меньшим сродством к кислороду он обладает. Наибольшее сродство к кислороду имеет кальций, наименьшее - медь.
Разница в сродстве к кислороду двух соседних элементов невелика. Если же элементы отстоят в ряду достаточно далеко, то разница будет значительной, и в этом случае элемент, стоящий левее, может служить раскислителем элемента, расположенного правее. Например, для железа раскислителями могут явиться марганец, ванадий, кремний и др. Раскисление железа, формально рассматриваемое как восстановление его из оксида, протекает по реакции
FeO+Mn=Fe+MnO; 2FeO+Si=2Fe+SiO2 и т. п.
Реакции раскисления не протекают до конца. Степень раскисления зависит от концентрации элемента-раскислителя и температуры. По мере повышения температуры раскисляющая способность элемента снижается, и содержание кислорода, сосуществующего с одной и той же концентрацией элемента-раскислителя, возрастает.
При 1800 °C в чистом железе может раствориться 0,485% кислорода (по массе), а при наличии 1% марганца уже только 0,24%, в присутствии 0,1% титана — лишь несколько сотых процента. При
82
температуре 2000 °C в чистом железе может раствориться 0,87% кислорода. Введение раскислителей снижает его концентрацию, но даже при введении 0,3% кремния содержание кислорода будет составлять около 0,2%.
Углерод при относительно низких температурах (1540 °C) является сравнительно слабым раскислителем, но, начиная с 1850 1900 °C, его раскисляющая способность превышает способность многих элементов.
Практически раскисление наплавляемого металла можно производить:
• за счет введения в состав покрытия электродов порошков ферросплавов (сплавов железа с элементами-раскислителями), таких как ферромарганец, ферросилиций, ферросиликомарганец, ферротитан, ферроалюминий и др. В специальных случаях применяют металлический марганец и алюминий;
• за счет раскислителей, содержащихся в металле стержня, с дополнительным введением раскислителей в состав покрытия.
В процессе плавления электрода элементы, обладающие повышенным сродством к кислороду, частично реагируют с кислородом атмосферы дуги и расплавленным шлаком, частично — переходят в капли жидкого металла, образующиеся на торце электрода, и в небольшом количестве переходят непосредственно в сварочную ванну.
При взаимодействии активных элементов с кислородом атмосферы дуги и кислородом шлака происходит их окисление, в результате чего содержание кислорода как в атмосфере дуги, так и в шлаке снижается, и скорость окисления жидкого металла будет уменьшаться. В связи с малым временем контакта атмосферы дуги и шлака с жидким металлом, последний в меныпей степени насыщается кислородом, чем при отсутствии раскислителей. Таким образом, в процессе плавления электродов в расплавленный металл одновременно переходят как кислород, так и раскислители. Их взаимодействие между собой в жидком металле будет происходить только в том случае, если при имеющейся температуре содержание кислорода в жидком металле окажется больше, чем равновесного для данной концентрации раскислителя. Например, при температуре капли 1950 °C и содержании в ней кремния 0,3% равновесное содержание кислорода составляет 0,15%. Поэтому реакция между кислородом и кремнием 2FeO+Si=2Fe+SiO2 будет протекать в том случае, если содержание кислорода превышает эту цифру.
в*
83
Совершенно очевидно, что эта реакция будет протекать до тех пор, пока не установится определенное равновесие между содержанием кислорода, кремния и диоксида кремния. Если содержание кислорода в жидком металле будет равно или меньше 0,15%, то при указанных температуре и концентрации кремния (0,3%) кремний и кислород будут сосуществовать, не вступая в реакцию.
Степень раскисления металла другими элементами-раскислителями определяется сродством этих элементов к кислороду, температурой и концентрацией раскислителя. Результатом реакции будет снижение содержания кислорода, растворенного в металле (восстановление металла), и окисление элемента-раскислителя до определенной концентрации.
Вместе со снижением температуры жидкого металла раскисляющая способность всех раскислителей возрастает. Поэтому раскисление металла происходит вплоть до его кристаллизации. Образующиеся оксиды элементов-раскислителей имеют температуру плавления более высокую, чем температура плавления железа. Поэтому они выпадают в виде твердых мелкодисперсных включений, которые отрицательно влияют на пластические свойства металла шва, особенно при низких температурах.
С целью уменьшения количества оксидных включений и для их укрупнения в некоторых случаях применяют комплексное раскисление наплавленного металла двумя или тремя раскислителями, чаще всего кремнием и марганцем. Для этого в покрытие электродов вводят ферросилиций и ферромарганец или ферросиликомарганец в количествах, обеспечивающих в наплавленном металле содержание марганца, в 3-4 раза превышающее содержание кремния.
При- этих условиях остаточное содержание кислорода снижается, а продукты раскисления МпО и SiO2 частично вступают во взаимодействие между собой и образуют соединения типа MnO-SiO2 или (MnO)2-SiO2, которые имеют температуру плавления ниже, чем температура плавления металла. Это способствует укрупнению включений, что повышает механические свойства наплавленного металла.
Раскисление металла углеродом имеет свои особенности, так как в процессе взаимодействия кислорода с углеродом по реакции FeO+C=Fe+CO образуется газообразный оксид углерода.
В зависимости от температуры жидкого металла, содержания в нем кислорода, углерода и других элементов в металле шва могут образоваться газовые включения (поры).
84
Особенности различных видов электродных покрытий
Влияние вида покрытия на качество наплавленного металла
Раскисление наплавленного металла одним или несколькими раскислителями снижает содержание кислорода, растворенного в жидком металле перед его кристаллизацией. Однако для обеспечения высоких пластических свойств металла шва необходимо не только снизить концентрацию остаточного кислорода, но и возможно полнее уменьшить количество продуктов раскисления, остающихся в сварочных швах. Это можно осуществить подбором состава покрытия, обеспечивающего определенные физико-химические свойства образующегося шлака. Необходимо, чтобы шлак при температуре жидкого металла обладал низкой вязкостью, хорошо смачивал жидкий металл и не препятствовал правильному формированию шва. Он также должен иметь высокую химическую активность по отношению к составу оксидных включений, образующихся в наплавленном металле. Омывая капли жидкого металла и сварочную ванну, шлак должен растворять и связывать продукты раскисления металла.
Учитывая, что жидкий металл как в капле, так и в сварочной ванне находится в состоянии непрерывного конвективного перемешивания, такое рафинирование металла шва может быть осуществлено в значительной степени при условии совместного подбора раскислителей и шлаковой системы, т. е. рецептуры покрытия электродов.
Рассмотрим образование и химический состав оксидных включений и их взаимодействие со шлаком при сварке электродами с разными видами покрытий. (Отметим, что подразделение покрытий по видам, хотя и нормировано стандартом, является весьма приближенным ).
Электроды с кислым покрытием. Покрытие состоит из большого количества оксидов железа (Ре2О3) или марганца (МпО2) и различных силикатов с высоким содержанием SiO2, в результате чего обладает высоким окислительным потенциалом. В покрытии может присутствовать также ильменит или титановый концентрат. Раскислителем обычно является ферромарганец. Для газовой защиты вводят электродную целлюлозу (до 5%).
85
Шлак, образующийся при плавлении электрода, содержит большое количество оксидов железа. Поэтому окисление плавящегося металла при высокой температуре осуществляется как за счет атмосферы дуги, так и за счет кислорода, переходящего из шлака.
Применяемый в качестве раскислителя марганец начинает окисляться в плавящемся покрытии при взаимодействии с оксидами железа и частично — за счет кислорода атмосферы дуги. В жидкий металл марганец переходит в весьма умеренном количестве.
При высокой температуре обычно происходит восстановление из SiO2 небольшого количества кремния (0,07-0,12%) по реакции SiO2 + 2Mn = 2MnO + Si (кремневосстановительный процесс). При этом марганец и кремний сосуществуют с кислородом, не взаимодействуя с ним. Может протекать только реакция между углеродом и кислородом с образованием оксида углерода (СО).
В хвостовой части ванны, имеющей сравнительно низкую температуру, восстановленный кремний и марганец, перешедший из покрытия, вступают в реакцию с кислородом, растворенным в жидком металле. В результате образуются мелкодисперсные включения SiO2 и Мп О, которые частично могут образовать между собой химическое соединение MnOSiO2 с температурой плавления 1285 °C. Такие соединения способны укрупняться за счет слияния нескольких молекул, и наплавленный металл оказывается значительно загрязненным как крупными, так и мелкодисперсными включениями.
О количестве включений в наплавленном металле можно судить по содержанию кислорода в сварных швах, которое составляет 0,10-0,15%. При комнатной температуре кислород не растворяется в железе и может находиться только в виде оксидов SiO2, FeO и МпО. Следует отметить, что крупные включения могут иметь экзогенное происхождение, так как заносятся в жидкий металл из шлака. Наличие включений, особенно мелкодисперсных, существенно снижает служебные характеристики сварных швов, в первую очередь, значения ударной вязкости при низких температурах. Кроме того, металл шва склонен к образованию кристаллизационных трещин.
Технологически электроды при сварке характеризуются мелкокапельным переносом и формированием плоских и гладких сварных швов.
Электроды с рутиловым покрытием. Покрытие состоит из большого количества рутила (с содержанием ТЮ2 примерно 95%), алюмосиликатов (калиевая слюда, каолин, полевой шпат), умерен
86
ного количества карбонатов (мрамор, магнезит). Раскислителем служит ферромарганец. Газовая защита, помимо карбонатов, осуществляется целлюлозой, вводимой в покрытие электродов (до 4-5%). В качестве связующего применяют калиево-натриевое или натриево-калиевое жидкое стекло. Атмосфера дуги является сравнительно слабо окислительной за счет кислорода, образующегося при диссоциации карбонатов СаСО3—>Са04-С0 + 1/2 О2, разложении целлюлозы и при диссоциации влаги покрытия (гигроскопической и конституционной).
Помимо окисления жидкого металла кислородом из атмосферы дуги, окисление происходит в результате кремневосстановительного процесса, возможного при наличии в покрытии большого количества кислых оксидов (TiO2, SiO2). Восстановление кремния протекает при высоких температурах за счет марганца, находящегося в покрытии, а также за счет восстановления его железом по реакции SiO2 + 2Fe = Si + 2FeO. Оксиды железа частично переходят в шлак, частично растворяются в жидком металле.
Концентрация восстановленного кремния достигает 0,13-0,20%, что заметно выше, чем при сварке электродами с кислым покрытием, а содержание кислорода обычно находится на уровне 0,04-0,07%.
При высоких температурах перешедший из покрытия марганец и восстановленный кремний не вступают в реакцию с кислородом, растворенным в жидком металле; возможна лишь реакция окисления углерода. По мере понижения температуры такие реакции начинаются. При высокой концентрации восстановленного кремния (Si>0,20%) и пониженном содержании марганца (Мп<0,5%) в швах будут находиться, главным образом, мелкодисперсные включения оксидов кремния, отрицательно влияющие на пластические свойства швов. Поэтому развитие кремневосстановительного процесса целесообразно ограничить содержанием кремния до 0,13-0,15%. Это обычно осуществляют введением в состав покрытия карбонатов (СаСО3, MgCO3), которые при плавлении покрытия разлагаются на углекислый газ и оксиды основного типа СаО и MgO.
Связывая в шлаке оксиды кремния в прочные соединения CaO-SiO2 или MgOSiO2, основные оксиды понижают кислотность шлака, снижая тем самым концентрацию восстановленного кремния. Если при этом содержание марганца в наплавленном металле будет находиться на уровне 0,6%, то при снижении температуры хвостовой части сварочной ванны в ней одновременно будут образовываться как оксиды кремния, так и оксиды марганца, которые,
87
соединяясь, дают легкоплавкое соединение SiO2-MnO. Соединения такого типа способны коагулировать (укрупняться), приобретая сферическую форму, что снижает вредное влияние неметаллических включений.
В связи с пониженным содержанием кислорода в наплавленном металле и меньшим количеством оксидных включений электроды с рутиловым покрытием обеспечивают более высокие служебные характеристики сварных швов по сравнению с электродами с кислым покрытием.
Электроды с рутиловым покрытием обладают высокими сварочно-технологическими свойствами. Они позволяют легко выполнять сварку не только на постоянном, но и на переменном токе, практически во всех пространственных положениях, обеспечивают хорошее формирование сварных швов, легкое отделение шлака. Важной характеристикой является их сравнительно низкая токсичность при сварке.
Перечисленные особенности рутиловых электродов сделали их незаменимыми для сварки ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных конструкционных сталей прочностью до 490 МПа. В настоящее время рутиловые покрытия используют и в высоколегированных электродах.
На базе электродов с рутиловым покрытием разработаны высокопроизводительные электроды. Для этой цели в покрытие вводят железный порошок, который, являясь дополнительным присадочным материалом, повышает коэффициент наплавки электродов. Другой разновидностью высокопроизводительных электродов являются рутиловые с толстым покрытием при соотношении D/d >1,6. Их отличает легкое возбуждение дуги и мелкочешуйчатые швы благоприятной формы.
Электроды с целлюлозным покрытием. Покрытие таких электродов содержит значительное количество электродной целлюлозы, доходящее до 40-45%. В качестве шлакообразующих используют рутил, тальк, иногда марганцевую руду или гематит. Раньше широко использовали асбест, исключенный затем по санитарно-гигиеническим показателям*. Для раскисления металла применяют ферромарганец, связующим служит натриевое или натриево-калиевое жидкое стекло. Высокое содержание целлюлозы в покрытии электродов обеспечивает мощную газовую защиту наплавляемого метал
* По последним данным хризотиловый асбест не имеет противопоказаний для промышленного использования.
88
ла даже при малом значении коэффициента массы покрытия, не превышающего 20-25%.
Газы, выделяющиеся при разложении целлюлозы, содержат большое количество водорода, оксида углерода и умеренное количество кислорода. В связи с этим атмосфера дуги является слабоокислительной.
В состав покрытия входит большое количество кислых оксидов, поэтому при сварке наблюдается существенное развитие кремневосстановительного процесса. Для его частичного подавления в покрытие иногда вводят марганцевую руду (МпО2), реже — гематит (Fe2O3). Прокалку электродов производят при температуре около 120-130 °C, что частично сохраняет влагу в покрытии и тем самым повышает его окислительный потенциал. При этих условиях наплавленный металл имеет следующий химический состав: С <0,12%; Мп <0,50%; Si <0,20%. Если прокалку электродов производить в течение длительного времени при температуре > 170°С, то покрытие теряет чрезмерно большое количество связанной влаги, в результате чего его окислительный потенциал снижается и кремневосстановительный процесс проходит в большей степени. Одновременно с этим происходит также науглероживание наплавленного металла за счет восстановления углерода марганцем или железом из его оксида СО.
Содержание кислорода в металле швов сравнительно невелико и составляет около 0,05-0,06%. Однако из-за сравнительно низкого содержания марганца и повышенного содержания кремния в металле швов присутствуют, главным образом, мелкодисперсные включения оксидов кремния. Поэтому пластические свойства наплавленного металла, особенно ударная вязкость, весьма посредственны.
Отличительной особенностью электродов является возможность выполнения сварки во всех пространственных положениях с высокой линейной скоростью и обеспечение глубокого проплавления основного металла с формированием с обратной стороны шва плавного валика. Поэтому электроды с целлюлозным покрытием нашли широкое применение для сварки корневых швов стыков магистральных трубопроводов. К недостаткам таких электродов относят грубочешуйчатую поверхность швов, склонность к подрезам по свариваемым кромкам, повышенные потери на разбрызгивание, высокое содержание водорода в металле шва.
Электроды с основным покрытием. Покрытие состоит из большого количества карбонатов щелочно-земельных металлов, глав-
89
ним образом мрамора, плавикового шпата, небольшого количества кварца или рутила. Раскислителями являются ферротитан, ферросилиций, ферромарганец, иногда ферроалюминий. В качестве связующего применяют натриевое, натриево-калиевое или калиево-натриевое жидкое стекло.
Достаточно надежная газовая защита осуществляется за счет термического разложения карбонатов по реакции СаСО3—>Са()+СО2.
Сильные раскислители (титан, алюминий, кремний) начинают взаимодействовать с углекислым газом еще в процессе плавления покрытия, например, по реакции с титаном 2СО2 + Ti = 2С0 +ТЮ2. Углекислый газ, не вступивший в реакцию с раскислителями, в процессе плавления покрытия при высокой температуре сварочной дуги диссоциирует с выделением активного кислорода по реакции С02—>С0 + 1/2 О2. Поэтому атмосфера дуги является окислительной.
При высоких температурах кремний, титан и марганец сосуществуют с кислородом, растворенным в металле. По мере снижения температуры в зависимости от концентрации и вида раскислителей кислород вступает с ними в реакцию, образуя оксиды соответствующих элементов. Обычно это бывают наиболее активные элементы: титан и кремний. Образующиеся при этом кислые оксиды TiO2 и SiO2 имеют большое сродство к шлаку с высокой основностью, содержащему значительное количество СаО.
Промывая сварочную ванну, такой шлак связывает кислые оксиды в прочные соединения CaOTiO2 и CaO-SiO2, очищая тем самым металл от неметаллических включений. В результате, при условии соблюдения технологии изготовления и применения электродов с основным покрытием, содержание кислорода в наплавленном металле составляет около 0,02-0,03%.
Низкое содержание кислорода, а следовательно, малое количество оксидных включений, обеспечивает весьма высокие пластические свойства сварных швов как при положительных, так и при отрицательных температурах. Другим важнейшим преимуществом электродов с основным покрытием является наибольшая среди покрытий всех видов стойкость металла шва против образования трещин. Необходимо учесть, что это обеспечивается только при применении электродов с низким содержанием влаги в покрытии. Последнее достижимо при строгом соблюдении предписанной технологии изготовления электродов, особенно в части применяемых пластификаторов и режимов термообработки электродов.
90
Электроды с покрытием рассматриваемого вида дают возможность выполнять сварку практически во всех пространственных положениях с использованием постоянного тока, главным образом, при обратной полярности (на электроде «+»).
Высокая чистота наплавленного металла по различным вредным включениям и газам позволяет применять эти электроды для сварки ответственных и особо ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей. Электроды с дополнительным легированием необходимыми элементами через покрытие применяют для сварки сталей повышенной и высокой прочности, легированных теплоустойчивых сталей, для наплавочных работ.
На базе основных покрытий разработаны многочисленные марки электродов для сварки высоколегированных сталей и сплавов.
Электроды с основным покрытием не лишены недостатков, к которым относят невысокую технологичность, особенно в услови-
Таблица 16. Содержание газов в наплавленном металле
Вид электродного покрытия Водород, мл/100г металла Углерод, кислород и азот, %
[Н]*диф [Щцст [С] Мобщ
Кислое 5 15 8-12 0,08-0,09 0,08-0,12 0,02-0,03
Рутиловое и ильменитовое 20-30 7-15 0,08-0,12 0.06 0,10 0,01-0,02
Целлюлозное 30 45 12-18 0,10-0,14 0,03-0,07 0,01-0,02
Основное 1-10 2-7 0,05-0,08 0,02-0,06 0,01-0,015
* Определение по методике Международного института сварки.
Таблица 17. Влияние вида электродного покрытия на общее содержание и состав неметаллических включений в наплавленном металле
Вид электродного покрытия [Мп]/[Si] Общее содержание оксидов, мае. % Состав оксидов, %
МпО SiO? А12О3 FeO
Кислое 1-2 0,08-0,17 20-45 45-75 1-5 1 -5
Рутиловое и ильменитовое 2-6 0,06-0,13 5-20 45 75 5-15 1-6
Целлюлозное 3-5 0,05-0,14 15-35 30-50 - 7-20
Основное 4-8 0,02-0,05 25-35 20-30 5-10 25 35
91
Таблица 18. Общее содержание фосфора и серы, а также характеристика сульфидных включений фазы в наплавленном металле и их форма (стержень Св-08А)
Вид электродного покрытия Содержание в наплавленном металле, % Сульфидная фаза
Р 5 Сфероидальная и полигональная Цепочки и пленки
Кислое 0,025-0,040 0,025-0,045 Крупные (более 5 мкм) Есть
Рутиловое и ильменитовое 0,020-0,035 0,020-0,035 Средние 3-5 мкм Редко встречаются
Целлюлозное 0.015-0,030 0,020-0,030
Основное 0,010-0,020 0,010-0,020 Мелкие (не более 3 мкм) Нет
Таблица 19. Характеристики вязкопластических свойств металла шва
Вид электродного покрытия Относительное удлинение % Поперечное сужение (р,% Ударная вязкость (образец с круглым надрезом), Дж/см2, при температуре, °C Температура перехода в хрупкое состояние, °C
20 -20 -40 -60
Кислое 16-20 45-55 60- 100 30-70 - - + 15-0
Рутиловое и ильменитовое 18-30 50-60 80- 180 50- 80 25- 60 - +10—15
Целлюлозное 16-25 55-65 80 150 60-90 30- 70 - + 10--20
Основное 22-35 60-70 150-250 100-180 60- 100 30-80 -20 - -70
ях поточного производства; чувствительность к порообразованию при сварке, требующую особой тщательности при их хранении, транспортировке, подготовке к использованию, безусловного выполнения предписаний по чистоте и влажности свариваемых кромок; сложность при сварке на переменном токе.
Показатели, характеризующие свойства металла шва, выполняемого электродами общего назначения с покрытиями разных видов, приведены в табл. 16-19 [9].
92
Пористость сварных швов
Одним из наиболее часто встречающихся дефектов сварных швов являются поры. Так как их появление часто провоцируется нарушениями технологии изготовления электродов, рассмотрим этот весьма сложный процесс, о механизме которого существуют различные точки зрения.
Возникновение пористости связано с образованием газовых пузырьков в жидкой сварочной ванне и фиксацией их в металле при его кристаллизации. В зависимости от конкретных условий причинами образования пористости могут явиться такие газы, как водород, азот и оксид углерода.
Возникновение и развитие пор определяется совместным действием всех газов, присутствующих в металле. Однако чаще всего основное влияние принадлежит какому-либо одному из перечисленных газов. Существенно также влияние физических свойств сварочных шлаков.
Ранее было отмечено, что вместе с ростом температуры жидкого металла количество растворенного газа возрастает. В области высоких температур (капли жидкого металла, головная часть сварочной ванны) количество растворенного газа может превысить его растворимость (то количество газа, которое растворяется в жидком металле при температуре плавления и внешнем давлении газа в 101 кПа). В результате сварочная ванна в ее хвостовой, менее нагретой части окажется пересыщенной газом, особенно на границе с кристаллизующимся металлом.
Излишний по сравнению с равновесным содержанием газ будет выделяться из металла. При этом он способен создавать давление (давление выделения), превышающее атмосферное. Если выделение газа в атмосферу с поверхности металла происходит легко, то образование и развитие газового пузырька внутри металла затруднено и требует затрат энергии.
Образование зародыша газового пузырька происходит легче всего на границе между жидкой фазой и кристаллизующимся твердым металлом. Особенно легко это происходит во время остановок кристаллизации, продолжительность которых для стали обычно не превышает 0,2 с. Дело в том, что в процессе кристаллизации происходит повышение концентрации газа в слое жидкого металла на его границе с образующейся твердой фазой. Во время движения фронта кристаллизации содержание газов в твердом металле
93
становится равным его исходному содержанию в жидком металле. Так как растворимость газов в твердом металле меньше, чем в жидком, то при остановке кристаллизации газ, в первую очередь водород, из затвердевшего металла начнет диффундировать в жидкий металл. Учитывая, что слой жидкого металла уже пересыщен газом, вероятность возникновения стойкого зародыша в это время возрастает.
Дальнейшее развитие и рост зародыша будут происходить в том случае, если сумма давлений выделения всех газов, растворенных в металле, превышает атмосферное давление.
Рассмотрим условия возникновения пористости при сварке электродами с покрытиями различных видов. При этом объединим в одну группу электроды с покрытиями следующих видов: кислым, рутиловым, целлюлозным. Общим для таких покрытий является наличие органики, главным образом в виде целлюлозы, создающей достаточную газовую защиту от атмосферы воздуха и кислых оксидов в количествах, обеспечивающих развитие умеренного кремневосстановительного процесса, а также применение в качестве раскислителя главным образом ферромарганца.
Сумма парциальных давлений остаточного водорода, азота и оксида углерода в наплавленном металле существенно превышает атмосферное давление. Каким же образом пересыщение наплавленного металла газами сочетается с возможностью получения беспо-ристых швов?
Прежде всего, следует отметить, что жидкий металл, наплавляемый электродами этой группы, имеет при сравнительно высоких температурах повышенное содержание растворенного кислорода, что существенно снижает вязкость металла. Из трех рассмотренных газов водород содержится в швах в большем количестве, и его парциальное давление, как правило, превышает атмосферное давление. При этом диффузионная подвижность водорода в жидком металле на два-три порядка выше диффузионной подвижности азота, кислорода и углерода, необходимого для образования оксида углерода.
Приведенные особенности электродов рассматриваемой группы создают благоприятные условия для возникновения зародышей на фронте кристаллизации и их дальнейшего развития, главным образом, за счет диффузии в них водорода.
В результате образующиеся газовые пузырьки растут быстрее, чем движется фронт кристаллизации. Пузырьки, достигнув опреде
94
ленного размера, отрываются и всплывают, что и обеспечивает отсутствие пористости в швах.
При введении в покрытие электродов сильных раскислителей (ферросилиций, алюминий, углерод) окислительный потенциал покрытия снижается. Это приводит к росту коэффициента перехода марганца из покрытия в наплавленный металл, к более интенсивному развитию кремневосстановительного процесса или приросту кремния за счет его перехода из ферросилиция, вводимого в покрытие. При этом изменяется также и химический состав образующегося шлака, а следовательно, и его свойства. В первую очередь повышается вязкость шлака, снижается его окислительная способность и газопроницаемость.
Примерно к таким же результатам приводит прокалка электродов рассматриваемой группы при высоких температурах, превышающих рекомендованные. Это снижает концентрацию влаги в покрытии и вызывает обугливание органики. Все вместе взятое способствует развитию кремневосстановительного процесса.
При повышенной концентрации кремний взаимодействует с кислородом, начиная с высоких температур. Это повышает вязкость и поверхностное натяжение жидкого металла. Кроме того, кремний затрудняет выделение водорода из металла. В результате образование и рост газовых пузырьков происходит вяло. Металл кристаллизируется быстрее, чем растут пузырьки газа, и в металле возникает внутренняя пористость.
В связи с повышением вязкости шлака может возникнуть также большая наружная пористость. Чаще всего это бывает, когда вязкий шлак покрывает ту часть сварочной ванны, в которой происходит образование газовых пузырьков. Густой шлак задерживает образовавшиеся пузырьки газа на границе металл — шлак и не позволяет им выделиться в атмосферу.
Для предупреждения возможности образования пор при сварке электродами рассматриваемой группы необходимо:
• при изготовлении — строго соблюдать рецептуру покрытия и требования технической документации к компонентам и технологии изготовления, обращая особое внимание на соблюдение предусмотренных режимов прокалки;
• при применении — строго выдерживать предписанные режимы силы сварочного тока. В случае чрезмерного увлажнения производить дополнительную прокалку в соответствии с технической документацией.
95
Сварку рекомендуют производить через 2-3 дня после прокалки с целью стабилизации влажности покрытия электродов в условиях цеха.
При сварке электродами с покрытием основного вида карбонаты, содержащиеся в таких покрытиях в больших количествах, при высокой температуре разлагаются с выделением углекислого газа. При сварке короткой дугой обеспечивается достаточно мощная защита сварочной ванны от воздействия воздуха, в связи с чем содержание азота в швах обычно не превышает 0,02%. Так как в состав покрытия электродов входят сильные раскислители (кремний, титан), наплавленный металл по типу относится к спокойной стали с концентрацией кремния 0,2-0,4%. Поэтому содержание общего кислорода, связанного главным образом с кремнием, обычно находится в пределах 0,02-0,04%.
Температура прокалки электродов с покрытием основного вида достигает 380-420 °C.
Учитывая низкое содержание в покрытии пластификаторов, имеющих в своем составе связанную влагу, содержание в швах суммарного водорода, как правило, не превышает 6-8 мл/100 г. Казалось бы, пористость в таких швах должна всегда отсутствовать. Однако на практике нередки случаи получения пористых швов. Рассмотрим возможные причины их образования.
При сварке длинной дугой в атмосферу зоны сварки проникает воздух, а, следовательно, и азот, который в существенном количестве может раствориться в жидком металле при высокой температуре.
При охлаждении жидкого металла до температуры кристаллизации’растворимость азота резко снижается, и металл на фронте кристаллизации может оказаться пересыщенным этим газом. Так как скорость кристаллизации будет превышать скорость роста пузырьков, в сварных швах появятся поры.
При сварке электродами с увлажненным покрытием в атмосфере дуги появятся пары воды, диссоциация которых сопровождается появлением атмосферного водорода. В этом случае жидкий металл на фронте кристаллизации может быть пересыщен водородом. В связи с медленным ростом пузырьков кристаллизующийся металл их зафиксирует, и в сварных швах появится пористость.
При сварке по окисленным, ржавым поверхностям возможно местное пересыщение металла как кислородом, так и водородом. Пористость возникает на фронте кристаллизации в результате
96
образования пузырьков газа как за счет водорода, так и за счет оксида углерода.
С целью снижения чувствительности электродов с основным покрытием к пористости при их изготовлении следует жестко ограничить введение в покрытие минеральных и органических пластификаторов, содержащих соединения водорода, трудноудаляемые в процессе прокалки. Режимы прокалки должны полностью соответствовать требованиям технической документации.
Сварку необходимо выполнять только по зачищенным поверхностям, на токовых режимах, соответствующих указаниям документации. Перед употреблением электроды надо прокалить.
Легирование и рафинирование наплавленного металла
Легированием называется введение в расплавленный металл элементов, придающих металлу заданные свойства.
В промышленности применяют широкую номенклатуру сталей и сплавов различного назначения, свойства которых определяют содержание в них разнообразных легирующих элементов, уровень содержания вредных примесей, а также вид и режимы их термической обработки. Для сварки всего многообразия сталей, сплавов и выполнения наплавочных работ необходимы электроды, обеспечивающие соответствующий химический и структурный состав наплавленного металла и его свойства.
Современные электроды позволяют легировать наплавленный металл в самых широких заданных пределах. Для этого используют следующие способы: легирование через покрытие (легирующие элементы в виде порошков металлов или сплавов вводят в состав покрытия электродов); легирование через стержень (легирующие элементы содержатся в металле стержня); комбинированное или комплексное легирование (легирующие элементы содержатся одновременно в стержне и в покрытии).
Независимо от способа легирования в покрытие электродов во всех случаях вводят раскислители, вид и количество которых определяется особенностями покрытия и составом применяемой проволоки.
Способ легирования в первую очередь зависит от требований к химическому составу наплавленного металла и наличия проволоки
7 - 9-423
97
подходящего состава. При этом учитывают экономические показатели, например, получение низколегированного наплавленного металла с суммой легирующих элементов менее 2-3% чаще всего обеспечивается легированием через покрытие, с использованием проволоки из углеродистой стали. Однако при наличии сварочной проволоки, имеющей в своем составе требуемые легирующие элементы, можно ограничиться легированием через стержень или применить комбинированное легирование.
При изготовлении электродов для сварки высоколегированных сталей или сплавов в подавляющем большинстве случаев применяют легирование через стержень. Если нужно делегировать наплавленный металл дополнительными элементами, а также повысить содержание элементов, находящихся в проволоке, используют комбинированное легирование.
При изготовлении электродов для наплавочных работ обычно используют легирование через покрытие или комбинированное легирование. Какой-либо строгой закономерности в выборе способа легирования не существует, однако электроды средней твердости с содержанием легирующих элементов до 4-5% чаще изготавливают с легированием металла шва через покрытие.
Электроды для наплавочных работ высокой твердости изготавливают преимущественно с использованием легирования через покрытие. Для этого наносят на стержень толстое и особо толстое покрытие, содержащее необходимые элементы в большом количестве.
Рафинирование металла — это процесс металлургической очистки жидкого металла от вредных примесей, главным образом, от серы и фосфора, поступающих в расплав как из основного металла, так и из металла электродных стержней, и компонентов электродных покрытий.
В твердом железе сера находится в виде сульфида FeS и образует с ним эвтектику с температурами плавления ниже температуры плавления стали. С учетом растягивающих сварочных напряжений возникают условия для образования горячих трещин. Для уменьшения склонности к трещинам необходимо минимизировать концентрацию серы в металле шва.
Применительно к электродам следует, в первую очередь, использовать для их изготовления наиболее чистые по примесям из имеющихся марок электродных стержней и компонентов электродных покрытий. Возможная рафинирующая обработка реализуется
98
за счет выведения серы из расплавленного металла путем перевода ее в нерастворимые в жидком металле сульфиды марганца по реакции FeS+Mn=Fc+MnS. Такие сульфиды переходят в шлак.
Возможности рафинирования наплавленного металла по фосфору ограничены, так как он растворим в железе и может находиться в наплавленном металле как в растворенном состоянии, так н в виде легкоплавких фосфидных эвтектик и фосфидов железа Fe2P и Fe3P. Удаляют фосфор из расплава путем его окисления по реакции, например, 2Fe3P+5FeO=P2O5+HFe и последующего связывания в нерастворимые соединения Р2О5+4СаО=(СаО)4 • Р2О5.
Изложенные в данной главе сведения показывают, что электроды, относящиеся формально по классификации, принятой в металлургии, к группе метизов (металлических изделий), в которую входят гвозди, крепеж, сетка, проволока всевозможного назначения и др., в действительности являются гораздо более сложным и ответственным изделием. И относиться к их изготовлению нужно с полным пониманием этого обстоятельства.
7-
99
Глава 4.
Материалы для производства электродов
Электродная сварочная проволока
Основу электродов составляют металлические стержни, изготовляемые, главным образом, из стальной сварочной проволоки, специально для этого предназначенной. Такую проволоку выпускают по ГОСТ 2246-70 «Проволока стальная сварочная» или по техническим условиям, устанавливающим отличный от стандартного химический состав металла проволоки и предусматривающим остальные требования по указанному стандарту. Стандартная проволока является холоднотянутой, ее изготавливают из низкоуглеродистых, легированных и высоколегированных сталей. В электродном производстве применяют десятки марок проволок, которые отличаются, в первую очередь, химическим составом (табл. 20).
В условное обозначение каждой марки проволоки входит индекс Св (сварочная), за которым через дефис следует группа цифр и букв. Первые две цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Обозначение легирующих элементов, содержащихся в металле проволоки, и их количества аналогично обозначениям в типах наплавленного металла высоколегированных электродов (см. гл. 2).
Подавляющее большинство объема выпускаемых электродов производят из низкоуглеродистой проволоки марок Св-08 и Св-08А. Буква А в конце обозначения указывает на повышенную чистоту металла по содержанию серы и фосфора. В проволоке марки Св-08АА две буквы А указывают на пониженное содержание серы и фосфора по сравнению с проволокой марки Св-08А. Из такой проволоки производят электроды, обеспечивающие повы-
100
СТ 2246-70) 1 с 3 J* э 5- А1 до 0,01 1 1 1 1 1 Nb 1,20-1,50 I 1 1 N0,10-0,20 1 N 0,10-0,20 V 0,70-1,00 Си 2,50-3,50 Ti 0,50-0,90 1 Fe до 4,0 ких элементов.
О (-и о Б Ct олее 0,04 0,03 СМ О О 0,025 0,03 0,03 0,03 0,03 0,025 0,025 0,025 10,025 0,025 0,018 0,03 0,03 0,015 цмичеа
'Wr' эЯ 0J д со \о £ XJ О o' 0,03 0,02 0,025 [0,025 j [0,025 [0,025 I ко см о © 0,018 00 о о" 0,018 810'0 [0,018 1 0,018 0,018 1 0,02 I 0,015 щ U3 XI
ля электродных стер: 2 э 2 1 1 1 I 0,15-0,30 1 0,40-0,60 | 1 1 1 1 I 2,0-3,0 1 [ 5,5-7,0 I 5,5-7,0 2,5-3,0 1 14,0-16,0 I >рм по однол
:кий состав | До 0,30 I | До 0,25 | До 0,25 1 До 0,30 КО СО 1 О СП До 0,30 I 1 До 0,60 I 1 1 8,0-10,0 I j 9,0-10,5 | 110,0-12,01 112,0-14,01 124,0-27,01 24,0-27,0 26,0-29,0 48,0-53,01 Основа ения от нс
§ 3 СО СМ О т-Ч т-ч о со КП О о О о КП о О о О © О О О in О СП о о ж о 3
S § п о § о о О О о о [0,80- о о 1 о 112,0-1 1 о СМ т-Ч [18,0-1 1 КО od т—1 1 о оо 1 о СП см 15,0-1 15,0-: 22,0-1 о о 14,0-1 Е « с 3 <4 S3,
'граненные марки пр Мп 09'0~££'0 | | 0,35-0,60 | 0,35-0,60 1 0,40-0,70 о <=> 1 о хг o' 0,40-0,70 | | 0,30- 0,70 | До 0,60 О см" 1 о 11,50-2,00 11,00-2,00 11,00-2,00 11,00-2,001 1,00-2,00 До 0,55 До 0,50 | 1,00-2,00 | v 32 еЗ g Ь§ 2 §
&5 | До 0,03 | До 0,03 I До 0,03 | 0,12-0,35 | До 0,30 ! 0,12-0,35 | | 0,30-0,70 | До 0,60 | 0,50-1,00 j До 0,70 | До ОБИ 0,50-1,00 | До 0,60 | До 0,40 До 0,55 До 0,50 | До 0,50 | ® & ж ® & Q; О § К О § Б g
О & Й ». и О о о tl | До 0,10 1 | До 0,10 | 0,15 0,22 оо о о о До 0,12 | 0,09-0,14^ СМ О 1 О о До 0,06 | 0,05-0,09 | До 0,06 I До 0,09 | 0,08 -0,121 0,07 0,11 До 0,03 До 0,1б| До 0,08| аются устс \ных элемент.
блица 20. Наибол Марка 00 о -08А VV80- -18ХМА -06НЗ -10Х5М -12X13 со X о см -04Х19Н9 -07Х19Н10Б -04Х19Н11МЗ 07Х25Н13 -10Х16Н25АМ6 | 09Х16Н25М6АФ -01Х23Н28МЗДЗТ -08Н50 -06Х15Н60М15 ’мечания: 1. Допуск, одержание остаточ
-Г_ CQ щ О И О И О m и со о СО о (0 О СО о CQ о са о са О са о са о са о И о рз о Ь; еч
101
шенную пластичность и вязкость металла шва. Все эти три марки проволоки изготавливают из кипящей, т. е. недораскислснной при разливке, стали.
В легированных сварочных проволоках содержится до шести легирующих элементов, а их общая концентрация нс превышает 6%. При больших концентрациях проволоку относят к высоколегированной.
Для изготовления электродов применяют проволоку диаметром 1,6 6,0 мм. Кроме норм по химическому составу, к сварочной проволоке предъявляют требования по точности диаметра, временному сопротивлению разрыву (только для легированных и высоколегированных проволок), состоянию поверхности.
Допустимые отклонения диаметра проволоки от его номинального значения должны соответствовать следующим нормам:
Номинальный диаметр Предельные
проволоки, мм отклонения, мм
1,6.............................................-0,06
2,0.............................................-0,06
2,5............................................. 0,09
3,0............................................. 0,09
4,0............................................. 0,12
5,0............................................. 0,12
6,0............................................. 0,12
Отметим, что проволоку для изготовления электродов от просто сварочной проволоки отличают более жесткие предельные отклонения по диаметру и меньшие значения временного сопротивления. Использование неэлектродной проволоки приводит к технологическим затруднениям при ее переработке и к снижению качественных показателей электродов. Поэтому назначение проволоки необходимо указывать при ее заказе.
Для высоколегированной проволоки, подвергаемой травлению после ее волочения, допускают увеличение размеров допусков до 50%. Овальность проволоки не должна превышать половины предельного отклонения по диаметру. Применение проволоки с нормированными только отрицательными отклонениями по диаметру является одним из факторов, обеспечивающих се беспрепятственное прохождение по технологическому циклу изготовления электродов. Однако использование проволоки с недопустимо большими минусовыми отклонениями по диаметру может привести к ее от
102
клонению или искривлению в направляющих втулках электродообмазочного пресса при опрессовке, следствием чего явится эксцентричность покрытия, а также к недопустимому повышению коэффициента массы покрытия и как следствие — к изменению свойств электродов. Утолщенная проволока может просто застрять в направляющих втулках пресса.
На некоторые предприятия сварочная проволока поступает в виде заготовки — катанки диаметром 5,5-7,0 мм, из которой на специальном оборудовании (волочильных станах) вырабатывают проволоку нужного диаметра (см. гл. 5). По химическому составу катанка соответствует ГОСТ 2246-70. По способу охлаждения в процессе производства (при прокатке) катанку подвергают ускоренному охлаждению (одностадийному или двухстадийному) или охлаждению на воздухе в мотках. Масса окалины, образующейся на поверхности катанки, подвергнутой одностадийному охлаждению, не должна превышать 18 кг/т, двухстадийному — 10 кг/т; для катанки, охлажденной на воздухе, массу окалины на ее поверхности не нормируют.
Катанку поставляют в мотках, состоящих из одного непрерывного отрезка массой, как правило, не менее 160 кг. Технические требования к катанке устанавливают специальными техническими условиями.
Проволоку поставляют в мотках или намотанной на катушки. Размеры и масса стандартных мотков должны соответствовать указанным в табл. 21. Масса проволоки в большегрузных мотках составляет 900-1200 кг.
Проволока в мотках или катушках должна состоять из одного отрезка, свернутого неперепутанными рядами. Последнее особенно важно для обеспечения последующей качественной ее резки и правки на электродные стержни. Проволока должна быть плотно
Таблица 21. Размеры и масса стандартных мотков
Диаметр проволоки, мм Внутренний диаметр мотка, мм Масса мотка проволоки, кг, не менее
низкоуглеродистой легированной высоколегированной
1,6-2,0 300-600 30 20 15
2,5-3,0 400-600 40 30 20
4,0-6,0 500-750 40 30 20
103
увязана с целью исключения распушивания или разматывания мотка. Каждый моток перевязывают лентой или мягкой проволокой не менее чем в трех местах, равномерно по окружности. Концы проволоки располагают так, чтобы их можно было легко найти. Отдельные куски однородной проволоки могут быть соединены контактной стыковой сваркой с последующей зачисткой зоны сварки до норм стандарта.
Механические свойства легированной и высоколегированной проволоки задают нормами по временному сопротивлению разрыву: для проволоки диаметром 1,6 и 2,0 мм — 690-980 МПа, для больших диаметров — 640-930 МПа. При этом колебания по временному сопротивлению разрыву в одном мотке не должны превышать 100 МПа. Это необходимо для обеспечения равномерной рубки проволоки на стержни. Следует учитывать, что высоколегированная проволока при волочении подвергается наклепу, что увеличивает ее жесткость и затрудняет последующую правку. Дополнительная термообработка для уменьшения жесткости проволоки не всегда возможна. Поэтому для ряда марок проволоки допускают определенное повышение нормативного значения временного сопротивления разрыву.
Поверхность проволоки должна быть чистой и гладкой, без трещин, расслоений, раковин, окалины, ржавчины, масла и других поверхностных дефектов и загрязнений. Допустимы риски, царапины, местная рябизна и отдельные вмятины, причем глубина указанных дефектов не должна превышать предельного отклонения по диаметру проволоки.
На поверхности низкоуглеродистой и легированной проволоки не допускается наличие технологических смазок, за исключением следов мыльной смазки без графита и серы. Последние, являясь вредными примесями для металла шва, могут снизить его свойства. Некоторые низколегированные марки проволоки разрешается для защиты при хранении от атмосферной коррозии покрывать слоем нейтральной смазки, хорошо растворимой в бензине.
Высоколегированная проволока должна поступать чистой, без всяких следов смазки; ее поверхность должна быть светлой, светломатовой или серой. Такое состояние поверхности изготовители проволоки достигают травлением и отбеливанием или термической обработкой в инертной атмосфере.
Изготовителям электродов проволоку поставляют партиями. Каждая партия состоит из проволоки одной марки, одной плавки,
104
одного диаметра, одного назначения. Каждую партию проволоки должен сопровождать сертификат (документ о качестве), удостоверяющий ее соответствие нормам. В сертификате должно быть указано: наименование или товарный знак (условное графическое изображение) предприятия-изготовителя, условное обозначение проволоки, номер плавки и партии, химический состав в процентах, результаты испытаний проволоки на растяжение, ее масса нетто. На каждом мотке (катушке) проволоки должна быть прикреплена бирка, на которой указывают первые три позиции из данных сертификата. Проволоку без сертификатов или без бирок в производство не допускают.
Условное обозначение электродной сварочной проволоки включает букву Э (электродная). Например, для проволоки диаметром 4 мм марки Св-08 — проволока 4 Св-08-Э ГОСТ 2246-70; для проволоки диаметром 3 мм марки Св-02Х19Н9 из стали, выплавленной в вакуумпоиндукционной печи — проволока 3 Св-02Х19Н9-ВИ-Э ГОСТ 2246-70.
Сварочную проволоку поставляют в специальной упаковке или без нее. Хранить проволоку необходимо в сухих закрытых помещениях, защищающих ее от воздействия атмосферных осадков и почвенной влаги, при положительных температурах, в условиях, предохраняющих проволоку от ржавления, загрязнения и механических повреждений. Требования к хранению высоколегированной проволоки менее жесткие, однако ее загрязнение и механические повреждения недопустимы.
Складирование проволоки осуществляют раздельно по партиям и плавкам. Обычно вновь поступающей проволоке отдел технического контроля присваивает заводской порядковый номер, наносимый на специальные бирки, с которым проволока проходит через все стадии технологического процесса изготовления электродов.
Поступающая проволока подлежит приемке и контрольной проверке. При приемке проволоки все мотки подвергают внешнему осмотру и обмеру. Качество упаковки, намотки, состояние поверхности проволоки контролируют визуально. Диаметр проволоки измеряют микрометром с точностью до 0,01 мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях, не менее чем в двух сечениях, расстояние между которыми должно быть более 5 м.
Для проведения контрольного химического анализа от каждой партии отбирают не менее двух мотков (катушек). Образцы для
105
анализа должны быть взяты от обоих концов каждого контролируемого мотка или из двух участков на расстоянии не менее 5 м друг от друга каждой контролируемой катушки.
Особое внимание следует уделять контролю высоколегированной проволоки, перепутывание которой може т привести в последующем у потребителя электродов к непредсказуемым последствиям. На практике известны случаи халатного навешивания бирок с неправильным указанием марок проволоки, попадания отрезков посторонней проволоки, вваренных в большегрузные мотки основной проволоки. Поэтому при переработке высоколегированной проволоки необходим ее дополнительный контроль как минимум по отличительным элементам оперативными методами спектрального анализа.
Для анализа при рубке проволоки отбирают по одному прутку от каждого мотка или 8-10 прутков, взятых от каждого большегрузного мотка равномерно по длине проволоки или по времени ее рубки. Качественный спектральный анализ производят сравнением с эталоном (стандартным образцом предприятия) из проволоки контролируемых марок, обычно на стационарном стилоскопе «Спектр».
Для точного количественного анализа используют спектрометры типа «Спектротест», Niton XLt 800, ARL 3460, Белек варио лаб-N и т. п.
При испытании проволоки на растяжение для определения временного сопротивления разрыву от партии проволоки отбирают не менее трех мотков (катушек). Из двух участков на расстоянии не менее 5 м друг от друга отбирают образцы длиной более 150 мм. При проведении испытаний на растяжение расстояние между захватами машины должно быть не менее 100 мм.
Проволоку из цветных металлов и сплавов в электродном производстве используют в небольших объемах. Такая проволока требуется при изготовлении электродов для сварки технического алюминия и его сплавов, никеля, меди и бронз, чугуна.
Алюминиевую проволоку поставляют по ГОСТ 7871-75. Используют две марки проволоки: Св-А5 и Св-АК5. Химический состав (масс. %): алюминий — не менее 99,5 и 93-95,4; кремний — 0,10-0,25 и 4,5-6,0; железо — 0,20-0,35 и 0; титан — 0 и 0,1-0,2; примеси — соответственно не более 0,06 и 0,4. Для изготовления электродов применяют проволоку диаметром 4-6 мм, имеющую допуск по диаметру — 0,096 мм.
106
В электродах для сварки меди, а в ряде марок и чугуна, используют проволоку из технической меди марки Ml.
Химический состав проволоки по ГОСТ 859-2001: медь — более 99,9, контролируемые примеси не более 0,01, кислород — не более 0,005%. Состояние поставки проволоки регламентировано ГОСТ 16130-85, которым предусмотрена марка Т (твердая) с временным сопротивлением разрыву > 350 МПа. Только такая проволока обладает достаточной жесткостью при переработке на электродные стержни. Для изготовления электродов применяют проволоку диаметром 3-6 мм.
Также применяют твердую проволоку из технического никеля (оговаривается в заказе) — марка НП-2 по ГОСТ 7179-70 с химическим составом по ГОСТ 492-73: никель — более 99,5, углерод — менее 0,01, сера и фосфор — каждого менее 0,001, масс. %.
Общие сведения о компонентах электродных покрытий
Для обеспечения технологичности изготовления и применения электродов, достижения требуемых служебных характеристик выполняемых электродами сварных соединений на металлический стержень электрода наносят покрытие, состоящее из порошков различных компонентов.
Современные электродные покрытия являются сложными многокомпонентными системами. Входящие в них материалы выполняют разнообразные металлургические и технологические функции. Только рациональное сочетание этих функций позволяет обеспечить заданные свойства как металла шва, так и собственно электродов. Часто одни и те же компоненты одновременно выполняют несколько функций. Поэтому принятое их деление по назначению, приводимое ниже, достаточно условно. По функциям в покрытии материалы подразделяют на шлакообразующие, газообразующие, легирующие, раскислители, пластификаторы, стабилизаторы, связующие.
Шлакообразующие компоненты, составляющие основу большинства видов электродных покрытий, при расплавлении образуют шлак, который защищает капли электродного металла и саму сварочную ванну от непосредственного контакта с окружающей средой. Кроме того, шлаки участвуют в металлургических процсс-
107
сах при сварке, а также обеспечивают получение швов правильной формы.
Газообразующие компоненты присутствуют в электродных покрытиях или в виде органических веществ, или в виде материалов, образующих газы при прохождении химических реакций во время плавления покрытий.
В ходе металлургических сварочных процессов происходит окисление расплавленного металла, отрицательное действие которого компенсируют введением в покрытие компонентов-раскислителей. Как правило, раскислители вводят в покрытие в виде ферросплавов, реже применяют графит или алюминий. Раскислители восстанавливают оксиды, находящиеся в расплаве, и удаляют из металла растворенный в нем кислород.
Вводя расчетное количество легирующих компонентов в покрытие, обеспечивают требуемые специальные свойства металла шва: ударную вязкость при различных температурах, коррозионную стойкость, жаростойкость, жаропрочность, стойкость против различного вида трещин, твердость, износостойкость.
Стабилизаторы применяют для стабилизации горения дуги, в первую очередь, при сварке на переменном токе. Пластификаторы обеспечивают требуемые пластические свойства обмазочных масс в процессе изготовления электродов. Связующие вещества, вводимые, как правило, в виде растворов, необходимы для изготовления электродов при любых способах их производства.
В качестве материалов электродных покрытий применяют порошки различных веществ: минералов, руд и концентратов, ферросплавов и лигатур, чистых металлов, химикатов, силикатов и пр. Сведенйя об основных компонентах электродных покрытий приведены в табл. 22 и 23.
В наименовании ряда материалов прямо указано их назначение для электродного производства. Часто это связано с необходимостью использования только чистых по вредным для металла сварных швов примесям материалов, что иногда достигают специальной их обработкой на месте добычи или селекций. Следует учесть, что на сварочно-технологические свойства электродов может оказать влияние минералогическое происхождение материала. Поэтому к часто встречающемуся на практике вопросу о замене того или иного материала близким ему нужно подходить весьма осторожно, допуская такую замену только после проведения комплексных исследований.
108
2 a я с я
X Е я I В
§
я v я с я S с я
<и i оа о S V О
OS я =
я
Основные функции в покрытии | й В л, с, р 1 J‘m 1 Е 1 в В в ш, г, с ш, с, п е В о в
с 4 о е S S 5 3 S' г | 3 5 э SiO,70-75; А12О3 15-fB; CaO; Fe2O3 А12О3>99 1 СаО<33; MgO>19 | с х CN d сл с\ а е < м 0 г SiO2>97 SiO2>98 | MgO>45; SiO2<l,3 СаСО3>96 СаСО3>97, СаСО3>92 SiO2 44-50; АЬО3 + Fe2O3 32-40; К2О>8 ю VI со О C-J <и Рч OD CS Л1 О ад 2 SiO2<70; К2О + Na2O>12
S ! I с § ж с 2 о ные материалы Г-0, Г-00 ГЛ-1, ГЛ-2, ГЛ-3 00 1 гм гч о н и о U о р ДСМ- 1 1 КР, 1 сорт КФ-1, КФ-2 | 1 А-Б ' СМ-1, СМ-2 1 М-97П, М-97Б, М-97К, М-92П, М-92Б, М-92К СМЭ-315В, СМЭ-315 ТМК-28, ТМК-27 ПШК, ПШМ
ГОСТ (ТУ) на поставку ; а CU о и 28177-89 6912-1.93 J хГ 1 05 CN Ю ОСТ 1484-82 1 19608-84 21286-82 4417-75 9077-82 ТУ 1515-021-00190495-2002 4415-75 4416-94 14327-82 21234-75 4422-73
Наименование компонента Бентонит (глины формовочные бентонитовые) С- 2 и о Э Е S -< Графит кристаллический литейный Доломит Каолин обогащенный: ! 3 S S и 5 S X S * □ и г S к X 15 5 Е S V Си Е ч >к S ч ч со S X S и о о сг S 3 d <D W В Кварцевый песок для сварочных материалов 3 з t S 2 с 2 = S 2 о о S X Си тЗ а Магнезит сырой дробленый Саткинский Мел для электродных покрытий Мрамор для сварочных материалов Слюда мусковит молотая электродная Тальк молотый для керамической промышленности Шпат полевой для электродных покрытий
109
Продолжение табл. 22
Наименование компонента ГОСТ (ТУ) на поставку Основные марки, классы Основные составляющие, % Основные функции в покрытии
Руды и концентраты
Гематит (руда железная мартеновская) ТУ 14 9 359-89 - Fe>60(Fe2O3>92) ш, с
Концентрат ильменитовый Малышевского месторождения ТУ У 14-10-005-98 TiO2>63; А12О3<3 III, с
Концентрат марганцеворудный для покрытия электродов 4418-75 - Mn>43; SiO2<15; А12О3<3 ш, с
Концентрат рутиловый 22938- 78, ТУ У 14-10-016-98 - TiO2>94; Fe2O3<3 ш
Концентрат плавиковошпатовый для сварочных материалов (флюорит) 4421-73 ФФС-95.ФФС-97А, ФКС-95Б, ФКС-95А CaF2>95; SiO2<2 (3) ш, г
Слюдяной концентрат для сварочных электродов ТУ У 13425379-001-95 - SiO2<68; Al2O3+Fe2O,<40: Na2O+K2O>5 III, с, п
_ Металлы, ферросплавы, сплавы
Лигатура железо-хром-бор ТУ У 20200793-006-2000 ФХБ Cr 37,0-42,5; В 15,7-20,0 л
Ферробор 14848-69 ФБ-17 B>17; Si<3; Al<5 л
Феррованадий 27130- 94 ФВо40У0,75; ФВо40У0,5 V 35-48; Mn, Si<2 л
Ферровольфрам 17293-93 ФВ 80 (а) W>80; Mo<6 л
Ферромарганец 4755-91 ДСТУ 3547-97 ФМн 88 Mn 85 98; C<2; P<0,4 р, Л
ФМн 70, кл. А Mn 65-75; C£7; P<0,3
Ферромолибден 4759-91 ФМо 60, ФМо 58 Mo>60 л
Феррониобий 16773-2003 Фнб 60 Nb+Ta 55-70; Al<6; Ti<3 Л, р
Ферросиликомарганец 9756-91 МпС 17, кл. А Mn>66; Si 15-20 р, л
ДСТУ 3548- 97 FeMnSil8LP
Продолжение табл. 22
Наименование компонента ГОСТ (ТУ) на поставку Основные марки, классы Основные составляющие, % Основные функции в покрытии
Ферросилиций 1415-93, ДСТУ 4127:2002 ФС 45 Si 41-47 р, Л
Ферросилиций гранулиров. сварочп. ТУ 14-5-212 90 ФС45ГС2 Si 41-47 р, л
Ферротитан 4761-91 ФТи 30 Ti 28-37; Al<8; Si<4 р
ФТи 35С5 Ti 28- 40; A1S8; Si<5
ФТи 35С8 Ti 28-40; A1S14; Si<8
Феррохром 4757-91 ФХ 800А Cr>65; C<8 р, л
ФХН 600А Cr>60; Ni>6
Порошок алюминиевый 6058-73 ПА-2, ПА-3 Al>98 р
Марганец металлический 6008 90 Мн 997 Mn>99,7 л, р
Мн 965 Mn>96,5
Порошок вольфрамовый ТУ 48-19 101 84 ПВ-0 W>99,4 л
ПВЗК W>99,6
Порошок железный 9849-86 ПЖВ 1.160.26 Fe>98,8 с, повыше-ние производительности
ПЖВ 2.160.26, ПЖВ 3.160.26 ПЖР 3.200 Fe>98,5
Порошок медный 4960-75 ПМС-1, ПМС-А Cu>99,5 л
Порошок молибденовый ТУ 48-19-316-80 - Mo>99,5 л
Порошок никелевый 9722-97 ПНК-ОТ2, ППК-УТ2 Ni>99,9 л
Порошок титановый ТУ 14-22-57-92 ПТС Ti>98,98 р
| Хром металлический 5905-2004 Х98,5 Cr>98,5 л
112 i 8 9-423
Продолжение табл. 22
Наименование компонента ГОСТ (ТУ) • на поставку Основные марки, классы Основные составляющие, % Основные функции в покрытии
1 Химикаты
Двуокись титана ТУ 301-10-012-89 тем TiO2S98,0 ш
Калий двухромовокислый технический 2652-78 - К2Сг2О7>99,7 с
Калий марганцевокислый технический 5777-84 - КМпО4
Калий углекислый технический (поташ) 10690-73 Технический полутораводный, 1 сорт К2СО31,5Н2О (К2СО3>98) с, п
Селитра калиевая техническая 19790-74 - KNO3>99,85 с
Сода кальцинированная техническая 5100-85 Б, 1 сорт Na2CO3^99,2 п
Силикаты
Стекло натриевое жидкое 13078-81 Для электродов, модуль 2,7-2,9 SiO2 24,8-34,3; Na2O 9,0-12,9 св
Силикат натрия растворимый 13079-93 Содовый, модуль 2,75-2,95 SiO2 70,8-73,4; Na2O 25,3-27,9 св
Р 50418-98 Модуль 2,7-2,9 SiO2 71,7-73,1; Na2O 26,0-27,4
Силикат калиево-натриевый растворимый ТУ 5921-002-00287645-97 АСКН-1, модуль 2,85-3,25 SiO2 66,0-69,0; K2O 21,5-24,7; Na2O 7,0-8,5 с, св
ТУ 5921-001-51478045-2002 СКН, модуль 2,85-3,25 SiO2 67,2-69,2: K2O 22-24,1; Na2O 7,5-8,5
Продолжение табл. 22
Наименование компонента ГОСТ (ТУ) на поставку Основные марки, классы Основные составляющие, % Основные функции в покрытии
Силикат натри ев о-калиевый растворимый ТУ 5921-002-00287645-97 АСНК-1, модуль 2,75-3,1 “ SiO2 69,3-72,0; К2О 7,5-9,2; Na2O 18,4-20,7 с, св
АС НК-2, модуль 3,1-3,35 SiO2 71,5-73,5; К2О 7,2-8,5; Na2O 17-19
ТУ 5921-001-51478045-2002 СНК-1, модуль 2,75-3,1 SiO2 70,5-72,3; К2О 7,35-8,8; Na2O 19,2-20,7
Силикат калия растворимый ОСТ 21-3-86 SiO2 71,9-65,6; K2O 34,4-28,1 с, св
ТУ 5921-001-51478045-2002 СК, модуль 2,9-3,5 SiO2 66,7-69,1; K2O 30,9-34,5
Прочие материалы
Асбест хризотиловый 12871-93 - 3MgO-2SiO2-2H2O ш
Натрий карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ) очищенная ТУ 6-55-39-90 85/500 «0», 85/С «0» - п, св
Целлюлоза электродная ТУ 13-7308001-393-83 эц (СбН1о05)п г, п
Целлюлоза порошковая различного назначения ТУ 5411-024-00235364-96 э
Примечание: Условные обозначения: ш - шлакообразующий, г - газообразующий, л - легирующий, р - раскислитель, п -пластификатор, с - стабилизатор, св - связующий.
114
Таблица 23. Основные физические характеристики компонентов
Наименование материала Плотность, г/см3 Насыпная масса, г/см? Слежи-ваемостъ Сыпучесть Гигроскопичность Абразивность Твердость по Моосу Угол естественного откоса (обрушения), град. Способность к сводообразованию
Алюминиевый порошок 2,7 >0,96 Есть Средняя Нет Нет - 24 Есть
Асбест хризотиловый 2,5 0,4-0,6 Есть Плохая Нет Нет 2-3 36 Есть
Бентонит 2 1,1 Есть Плохая Нет Нет 1.5- 2,5 40 Есть
Гематит 5,1 3 Есть Плохая Нет Есть 5,5- 6,5 30 Есть
Глинозем 3,9 1,1 Есть Плохая Нет Нет - - Есть
Графит 2,25 0,45 Есть Плохая Нет Нет 0,5-1 32 Есть
Диоксид титана 3,5 2,9 Нет Средняя Нет Есть 6,0-6,5 - Нет
Доломит 2,9 1,7 Есть Плохая Нет Нет 3,5-4,0 - Есть
Железный порошок 7,86 1,8-3,0 Есть Хорошая Есть Есть 4-6 29 Есть
Ильменитовый концентрат 4,7 2,4 Нет Хорошая Нет Есть 5-6 28 Нет
Известняк 2,7 1,3 Есть Плохая Есть Нет 3 30-40 Есть
Каолин 2,06 1,7 Есть Плохая Нет Нет 1-2,5 30-38 Есть
Кварцевый песок 2,5- 2,8 1.15-1,45 Нет Хорошая Нет Есть 7 32 Нет
Криолит 2,95-3,0 0,84-1,0 Есть Плохая Нет Нет 2,5 46 Есть
Продолжение табл. 23
Наименование материала Плотность, г/см3 Насыпная масса, г/см3 Слежи-ваемость Сыпучесть Гигроскопичность Абразивность Твердость по Моосу Угол естественного откоса (обрушения), град. Способность к сводообразованию
Карбоксиметил-целлюлоза 0,9 0,6 Есть Плохая Есть Нет 1 48 Есть
Магпезит 3 1,25 Есть Средняя Есть Нет 4,0-4,5 34 Есть
Марганцевая руда 4,9 1,6 2,5 Есть Плохая Нет Нет 2,0-2,5 32 Есть
Марганец металлический 7,4 1,7-2,5 Нет Средняя Нет Есть 6,0- 6,5 30 Нет
Мел 2,4-2,7 1,2 Есть Плохая Нет Нет 1 40-50 Есть
Молибден металлический 4,8 3,5 Нет Хорошая Нет Есть - - Нет
Мрамор 2,7 1,5 Есть Плохая Нет Нет 3,5-4,0 43 Есть
Никель электролитический 2,3-2,7 2,51-2,99 Нет Хорошая Нет Есть 5,0- 5,5 - Нет
Плавиковош патовый концентрат 3,1 1,6 Есть Плохая Нет Нет 4 48 Есть
Полевой шпат 2,52-2,76 1,1-1,8 Есть Средняя Пет Есть 5,5- 6,5 30 Есть
Поташ 2,43 1,1 Есть Плохая Есть Нет - -
Рутиловый концентрат 4,2 3,0 Нет Хорошая Нет Есть 6,5 21 Нет
Селитра калиевая — 1,1 Есть Плохая - - - - Есть
Продолжение табл. 23 Способность к сводообразованию Есть Есть Есть Нет Есть Есть Нет Нет Нет Нет Есть Нет Нет Нет Есть
Угол естественного откоса (обрушения), град. СО со 33 42 29 и X С X 5 С£ V 1 29 1 27 35 1 27 46
Твердость по Моосу 4,5-6,5 1 1 2,0-2,5 2,5 1 3,5-4,2 1 2,5-3,0 1 1 1
Абразивность Нет Есть 1 Нет Нет Нет 1 1 1 1 1 1
Гигроскопичность Нет Есть Есть Нет 3 4 Нет 1 1 1 1 1 Есть
Сыпучесть Плохая Плохая Средняя Средняя Плохая Плохая 1 Хорошая 1 Средняя Средняя 1 Средняя Плохая
Слежи-ваемость Есть Есть Есть Нет 5. ц 5 3 5. 1 Нет 1 Нет Нет 1 Нет Есть
§ . ж § а 8 6 СО 1,2 t.2 0,5 0,4-1,25 С£ С V С > > 5 > 3,9 3,8 4,2 V ос с 2,8 3,4 0,22-0,33
Плотность, г/см3 6‘1 1 2,8 Ю ч-н ос о о Г Г 1 6,7-7,0 9,0 о vo 1 г< 1
Наименование материала Силикат натрия Силикат калия Силикат калиево-натриевый Слюда Сода | кальцинированная Ьс U t h Феррованадий Ферромарганец Ферромолибден Ферротитан 5 с С с с с € а j : 2 Феррониобий Феррохром Хром металлический Целлюлоза электродная
116
Складирование и хранение материалов
для покрытий
К изготовителям электродов материалы для электродных покрытий поступают в различном состоянии поставки.
Состояние склада компонентов и проволоки во многом характеризует культуру электродного производства на предприятии. Не может быть обеспечено стабильно высокое качество, если cyniecT-вует возможность загрязнения, а тем более перепутывания материалов, применяемых для производства электродов. Их небрежное хранение часто не может быть компенсировано самым строгим соблюдением технологической дисциплины на последующих этапах производства.
Все компоненты, поступающие на завод-изготовитель электродов, в обязательном порядке должны иметь сертификат и проходить сертификатный контроль, являющийся частью входного контроля. В отдельных случаях применение компонента без сертификата разрешают только после дополнительного контроля, удостоверяющего его соответствие требованиям технической документации.
Разгрузку поступающих компонентов производят в специально отведенные места отдельно по партиям или плавкам. Не допускается смешивание одноименных компонентов различных партий поставки или плавок.
Ферросплавы и металлы, поставляемые в металлических барабанах (феррованадий, ферромолибден, феррониобий, марганец металлический, хром металлический и др.), хранят на закрытых складах. Ферросплавы, поступающие навалом (ферромарганец, ферросилиций, феррохром), рационально складировать в контейнерах или в специальных отсеках. Ферробор и другие сплавы бора складируют отдельно, в отдалении от прочих ферросплавов.
Кусковые рудоминеральные компоненты, мрамор в виде блоков, крошки или кусков хранят на отдельных площадках. Сыпучие компоненты, поступающие навалом (гематит, кварцевый песок, магнезит и пр.) складируют в отсеках, бункерах или контейнерах.
Порошковые компоненты, поступающие в биг-багах, бумажных мешках или в металлических банках (порошки алюминия, молибдена, никеля и пр.; ильменитовый концентрат, глинозем, графит, слюду, рутиловый концентрат, поташ и др.), хранят обязательно в крытых сухих помещениях. Алюминиевый и титановый порошки
117
хранят отдельно в условиях, исключающих возможность их возгорания и обеспечивающих повышенную сохранность.
Натриевую силикатную глыбу можно хранить под навесом на чистой бетонной площадке, а калиевую и комбинированную (кали-ево-натриевую или натриево-калисвую) — только в сухом закрытом помещении.
Таблица 24. Контрольный химический анализ компонентов покрытий
Наименование компонентов Определяемые элементы (соединения)
Гематит Fe2O3; S
Доломит СаСО3; MgCO3; SiO2
Железный порошок Fe, S, P
Ильменитовый концентрат TiO2
Кварцевый песок SiO2
Марганцевый концентрат Mn, P
Мрамор CaCO3; SiO2
Молибденовый порошок Mo
Плавиковошпатовый концентрат CaF2; S; SiO2; C*
Полевой шпат SiO2; AI2O3
Рутиловый концентрат TiO2; S
Силикатная глыба N^O; SiO2; K2O; S; Ре2Оз? AI2O3; CaO, модуль
Феррованадий v,c
Ферромарганец Mn, С, P
Ферромолибден Mo
Ферросиликомарганец Mn, Si, P
Ферросилиций Si
Ферротитан Ti, Al, Si
Феррохром Сг, C
Хром металлический Cr, C
* Определяют при изготовлении электродов с низким содержанием углерода в наплавленном металле.
118
Все поступающие компоненты проходят обязательный входной контроль на соответствие нормам технической документации. Эталонный входной контроль состоит в визуальной проверке соответствия вновь поступившего материала известному одноименному, служащему эталоном. Проводят также контрольный химический анализ ряда компонентов как минимум на элементы и соединения, указанные в табл. 24. Материалы для контроля отбирают из разных мест партии согласно нормам документации. Отобранные для химического анализа кусковые компоненты предварительно дробят и просеивают в лабораторных условиях.
При соответствии компонентов установленным нормам им присваивают очередной заводской номер, с которым они поступают на дальнейшие операции. По результатам химического анализа судят также о необходимости внесения корректировок в состав покрытий конкретных марок электродов.
Ряд материалов, в первую очередь поступающих в виде готовых порошков, контролируют по влажности и гранулометрическому составу. Влажность определяют по результатам сушки материала в сушильном шкафу до постоянной массы, как правило, при температуре 105-110 °C. Нормативные требования по влажности и крупности ряда порошков приведены в табл. 25 и 26.
На современных производствах организуют компьютерную систему учета хранения материалов, обеспечивающую их идентификацию и учет расхода в течение всего производственного цикла. Данные по расходу материалов обрабатывают на компьютере и суммируют в сводной ведомости. Такая система позволяет оптимизировать складские запасы, уменьшая потребность в оборотных средствах, обеспечить легкость нахождения любого материала и его прослеживаемость. Материалы, не отвечающие предъявляемым требованиям, бракуют. Их помещают в изолятор брака.
Выше уже отмечалось существенное влияние минералогического происхождения компонентов на сварочно-технологические свойства электродов. Важное значение могут иметь примеси, в том числе и неопределяемые, а также металлургическая наследственность (технология изготовителя) ферросплавов и проволоки. Поэтому необходимо проведение эталонного контроля. Такой контроль заключается в одновременном изготовлении и испытании опытной лабораторной партии электродов на известном проверенном сырье и проверяемом материале. В качест ве последнего могут служить компоненты покрытия, жидкое стекло, сварочная прово-
119
Таблица 25. Нормативные требования по влажности компонентов электродных покрытий, поступающих в виде готовых порошков
Наименование материала Влажность, % макс.
Алюминиевый порошок 0,2
Графит 1
Железный порошок:
кл. 160 В 0,25
кл. 200 Р 0,25
Ильменитовый концентрат 0,5
Каолин 22
Карбоксиметилцеллюлоза 10
Кварц молотый 1,5
Мрамор 0,5
Никелевый порошок Не норм.
Полевой шпат Не норм.
Полевошпатовые материалы 1
Рутиловый концентрат 0,5
Слюда 3,5
Тальк 1
Т алькомагнезит 0,7
Флюоритовый концентрат 1
Целлюлоза 7
лока. Проверку проводят на такой марке электродов, для которой проверяемый материал имеет существенное значение.
В качестве эталонных используют материалы, в том числе проволоку и растворы жидкого стекла, с тщательно проверенными характеристиками тех партий, которые уже были в производстве и положительно себя зарекомендовали. В технологической лаборатории должен постоянно находиться достаточный запас пополняемых эталонных материалов. Лабораторная партия электродов проходит необходимый цикл испытаний, по результатам которых судят о качестве проверяемого материала и принимают решение о его допуске в производственный цикл.
120
Глава 5.
Переработка сварочной проволоки
Изготовление электродных стержней
Для обеспечения качества электродов необходимым условием является применение материалов, полностью отвечающих требованиям соответствующих стандартов и технических условий. Поэтому в отделение правки и рубки с заводского склада должна поступать проволока, прошедшая обязательный контроль ее соответствия номеру заводской партии, имеющая на каждом мотке или катушке бирки с указанием марки и заводского номера. После взвешивания проволоку регистрируют.
Электродные стержни изготавливают на правильно-отрезных станках (автоматах) разной конструкции. Запрещается подача на один станок проволоки различных марок. Проволоку, предназначенную для изготовления электродов для сварки высоколегированных сталей, при запуске в производство необходимо подвергать проверке на стилоскопе на содержание основных элементов, определяющих принадлежность проволоки к марке, запущенной в производство.
Основными операциями при изготовлении прутков являются правка и рубка на мерную длину проволоки, поступающей в мотках (бухтах) и на катушках. Проволоку всех марок и диаметров для изготовления электродов поставляют, как правило, после холодного волочения. В отечественной практике редки случаи, когда проволоку из низкоуглеродистой стали поставляют горячекатаной, и ее волочение, правку и рубку выполняют непрерывно на станках, установленных в линию, что позволяет до минимума снизить отходы металла и потери времени на зарядку проволоки в станок.
При всем многообразии технологических процессов и конструкций оборудование для изготовления изделий из проволоки (в частности электродов) выполняет общие операции. Среди них наиболее важной является правка проволоки из мотка.
122
В зависимости от требований, предъявляемых к качеству правки, а также от профиля поперечного сечения исходного материала существуют два основных принципиально различных технологических процесса правки материала в мотках [10]: роликовая правка в двух взаимно перпендикулярных плоскостях посредством многократного поперечного пластического изгиба (роликовые правильные машины); всесторонняя правка путем многократного пластического поперечного изгиба в сухарях (фильерах) вращающейся правильной рамки.
Правку металла с помощью роликов обычно применяют для сортового и фасонного проката. Для обеспечения этого процесса в двух плоскостях часть роликов устанавливают в горизонтальной плоскости, другую — в вертикальной. В этих машинах правка осуществляется между двумя рядами роликов, причем ролики одного ряда размещены по отношению к роликам другого ряда в шахматном порядке. Материал при прохождении между роликами подвергается многократным, чередующимся в противоположные стороны, поперечным изгибам (перегибам) с напряжениями, превосходящими предел текучести материала, в результате чего и достигается его правка. Правильно-роликовые устройства успешно используют в пружинно- и шайбонавивочных, проволочно-гвоздильных, сетковязальных автоматах.
Всесторонняя правка проволоки применима только для металла круглого сечения, ее выполняют с помощью быстровращающейся правильной рамки или правильного барабана со специальными сухарями. Проволока, протаскиваемая при вращении рамки сквозь смещенные относительно оси рамки сухари, выправляется посредством многократных, чередующихся в противоположные стороны пластических поперечных изгибов. Основным преимуществом процесса правки с помощью роликов является значительно более высокое качество выправляемого материала.
Принципиальная схема правильного барабана приведена на рис. 19. Во время прохождения проволоки 1 через быстровращаю-щийся барабан 2 она получает многократный и равномерный изгиб в разные стороны. Регулируя смещение сухарей 3, обеспечивают выпрямление проволоки. Величина смещения сухарей зависит от физических свойств проволоки, временного сопротивления разрыву (прочности) проволоки, ее диаметра, числа оборотов правильного барабана, числа сухарей и скорости прохождения проволоки через барабан.
123
3
Рис. 19- Принципиальная схема правильного барабана
В конструкциях промышленных станков используют различные виды правильных рамок. Одной из наиболее распространенных является конструкция правильной рамки с правильными втулками (рис. 20), применяемая на правильно-отрезных автоматах моделей И6119 и И6122 Хмельницкого объединения КПО «Пригма-Пресс».
Правильная рамка конструктивно представляет собой цилиндрический вал 1 на двух подшипниковых опорах. Вал имеет сквозной канал, образованный отверстиями, выполненными в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и смещенных относительно друг друга на шаг расположения правильных втулок. В отверстия устанавливают сухари 2 с правильными втулками 3, которые фик-
Рис. 20. Правильная рамка станков И6119, И6122
124
сируют в радиальном направлении с двух сторон винтами 4. С помощью этих винтов, смещяя оси втулок, устанавливают необходимый перегиб проволоки в правильной рамке. Достоинством такой правильной рамки является простота изготовления правильных втулок, недостатком — необходимость установки втулок на ось при заправке проволоки в правильную рамку и замене втулок при их изнашивании по внутреннему диаметру. Вообще, правильная втулка относится к быстроизнашиваемуся инструменту, и выбор материала для ее изготовления, зависящий от свойств перерабатываемой проволоки и экономических показателей производства, во многом определяет срок ее службы и производительность процесса. В случае необходимости минимального деформирования поверхности выпрямляемой проволоки, например из цветных металлов и сплавов, используют правильные втулки из мягких материалов.
В небольших производствах при малом количестве оборудования целесообразно для каждого диаметра проволоки иметь заранее настроенный правильный барабан, что обеспечивает возможность быстрой его замены вместо трудоемкой замены и новой настройки
каждого сухаря.
Разновидностью правильной рамки с правильными втулками является рамка с разъемными правильными сухарями, которые имеют четырехгранную форму (рис. 21). При стыке двух правильных сухарей образуется отверстие, через которое в правильной рамке протягивается проволока.
Достоинство указанных сухарей заключается в том, что при изнашивании одного из каналов сухари поворачивают на 90°, и в последующем работает новый канал. Такую конструкцию имеет правильная рамка на правильно-отрезном автомате модели ИА6218.
На ряде зарубежных станков установлены комбинированные правильные рамки с вращающимися роликами и правильными сухарями. С учетом этого опыта для автомата модели И6120 была разработана новая конструк-
Рис. 21. Четырехгранный правильный сухарь
125
Рис. 22. Правильная рамка со смещающимися в двух плоскостях сухарями
ция (рис. 22). Она представляет собой литой полый вал, внутри которого в корпусах закреплены направляющие с запрессованными правильными втулками. Вдоль оси правильной рамки с двух сторон имеются пазы, по которым корпуса могут перемещаться вдоль и поперек правильной рамки. Такая конструкция позволяет устанавливать всевозможные схемы настройки правильной рамки для различных диаметров и материалов. При этом возможно изменение расстояния между правильными втулками и смещение относительно оси подачи для выбора оптимальных режимов переработки. Направляющие имеют увеличенный заходный конус, что позволяет заправлять проволоку без смещения правильных втулок на ось подачи.
Через правильный барабан проволоку обычно протягивает одна пара тянущих роликов. Станки, предназначенные для правки и рубки проволоки большого диаметра (больше 5 мм) и высокопроч-
126
Таблица 27. Техническая характеристика станков с летучими ножами
Параметр ПОС-1 ОСЗ-МД ОСЗ ИО3213
Диаметр проволоки, мм 3-6 2-3 4-6 2-6
Длина стержня, мм 225; 450 250; 350 450 450
Производительность, м/мин 58-100 56 81 58-100
Скорость вращения правильного барабана, мин'1 4680 4800 5000 4700
Суммарная мощность двух электродвигателей, кВт 8.5 1.6 6,2 9,0
ной жесткой проволоки, оснащают системой роликов, размещенных перед барабаном. Это обеспечивает предварительную правку проволоки и ее равномерное прохождение через правильный барабан, чему способствует пара подталкивающих роликов.
Все правильно-отрезные автоматы при одинаковом принципе правки проволоки отличаются, главным образом, конструкцией рубящего механизма и кинематической схемой взаимодействия узлов подачи и рубки проволоки. В станках, работающих «до упора», проволока отрезается при остановке ее подачи вследствие проскальзывания (пробуксовки), разжима или остановки тянущих роликов. Рубящий узел, оснащенный гильотинным ножом, может работать и независимо от узла подачи проволоки. При такой схеме рубки обеспечивается высокое качество отреза и минимальное отклонение по длине прутков.
В станках со скользящими ножами (рис. 23, а), движущимися вместе с проволокой, проволоку 2 отрезает гильотинный нож 1. Равномерность длины прутков обеспечивается регулировкой тянущих роликов. Обычно станки, работающие «до упора», и станки со скользящими ножами допускают регулировку длины прутков в широком диапазоне.
Менее совершенна конструкция правильно-отрезных автоматов с резкой проволоки 2 «лезущими» ножами 1 без остановки ее подачи (рис. 23, б), технические характеристики которых приведены в табл. 27. При такой схеме невозможно обеспечить требуемое в настоящее время качество реза, отсутствие заусенцев и отклонений по длине прутков.
Рассмотрим работу правильно-отрезных станков на примере наиболее распространенных на предприятиях СНГ семейства станков
127
Хмельницкого производственного объединения по выпуску кузнечно-прессового оборудования (ныне КПО «Пригма-Пресс»). Эти автоматы предназначены для рубки сварочной проволоки из низкоуглеродистых и высоколегированных статей, цветных металлов и их сплавов. Техническая характеристика правильно-отрезных автоматов, выполненных по единой конструктивной схеме, приведена в табл. 28 [И].
Правку сварочной проволоки производят, как обычно, с помощью вращающейся высокоскоростной правильной рамки. В качестве правильного инструмента применены сухари в виде твердосплавных втулок. В зависимости от диаметра выправляемой проволоки правильные рамки выполняют с пятью или семью правильными сухарями. В опорах рамки установлены высокоскоростные шарикоподшипники с текстолитовым сепаратором.
Правильная рамка приводится во вращение от индивидуального электродвигателя через плоский тонкий синтетический ремень. В автомате модели И6220А установлен двухскоростной электродвигатель, в других моделях — двигатели постоянного тока с бесступенчатым регулированием скорости вращения. При выключении привода торможение рамки осуществляется автоматическим переводом двигателя в тормозной режим.
Все рассматриваемые правильно-отрезные автоматы имеют «летучий» механизм реза поступательного типа, обеспечивающий отрезку проволоки на мерные стержни без остановки подачи. Такой механизм дает существенное снижение уровня шума по сравнению с конструкциями барабанного типа (см. рис. 23, б). Следует отметить, что точность реза по длине стержней ±3 мм не отвечает современным требованиям к стержням. Только последняя модель автомата ИА6218 (см табл. 28) обеспечивает приемлемую точность отрезки стержней электродов по длине.
Механизм реза выполнен в виде каретки, совершающей возвратно-поступательное движение вдоль непрерывно движущейся проволоки. Во время движения каретка опирается на горизонтальные и вертикальные направляющие ролики, вращающиеся на подшипниках качения. Проволоку отрезают двумя отрезными ножами на этапе хода каретки вперед, когда вектор скорости каретки совпадает с вектором скорости подачи проволоки. Один из ножей, выполненный в виде отрезной втулки, жестко закреплен на каретке, а другой нож, имеющий вид полувтулки, закреплен на рычаге, приводящем в движение каретку и совершающем при этом качательное движение, перпендикулярное к направлению подачи. Возвратно-поступательное
128
ты для 13 цветных и сплавов И6515 1,6-3,0 160-395 31,5-100 2500-13500 о о 1 о Ю СМ 80-400 00 4000x1440 1475 3840 ависимости
И о Й Автома проволоки 1 металлов И6518 4,0-6,3 160-395 31,5- 100 1000- 5000 300-450 70-330 со ч-Ч 4000x15151 1475 4170 вливают в з
s О И л § >3 © § « § § ЛОЙ И6415 1,6-3,0 1180 16-50 2500-13500 О ш см 1 ш CN СМ 63-230 00 О ХГ X о о о 1475 3830 ки устана
я £ § S х? 1
ьно-отре Автома высоколег пров И6418 4,0-6,3 930 31,5-80 2500-11500 350-450 70 230 ч-Ч СМ 1000x1515 1475 4250 d поняты
1ИЛ '-J
о &
тика прав геродистой ИА6218 СО СО СО т—1 1 1 2500-8400 200-450 350 11,5 2550x1181 1420 2000 вращения
О X & S л а )ля низкоун проволоки И6220А 4,0 10,0 490 125-250 3750-7500 350-450 275-550 50,6 1870x1640 —1 1700 6500 i скорость
X к Л а о 0) sr S
3 £ е § И6218А 2,5-6,3 490 63-230 1 о о о о LO ю со СМ 250-450 250 800 СО см 815x1430 1480 4400 ть правки ода.
X со © с
X о н i Э& о кВт мм скор\ элекп
а 28 ММ е МП; S ф Ct X-X ’ к; X X X еля, ф X л , мм езов, жня
Я X =S X я 5, К рГ X 1=5 й s * ф X X ес Ё го *1-
£ н © 1 яемо юлок ивле ОКИ с ф = 5 § s ₽ о 2 н ЭДВИ1 ры в ем пс еств< ЧЫ СП
§ © НМЛ ров [рот вол S « >. & а ё 2 s о д 3 о сх S зме X к злич дли»
|§ выпр; мойп odu и иоэ эс д rt & X Э я л ч && Q> S С? 2 <*) GJ F О, О о s ~ а> £ >> гь эле :ые ра а \ие: К( тгра и
етр езае OHh< )ННЭ ь о X £ а о s Ь CL О & Ф S о о X X н X X л н а, кг ечап OAtei
S Ом rt н X О t=l S Врем сваро a S о 3 и S S' * g s cd О ct 1 & Ч о. 5 & Мощ Габа{ Высо Масс
9 - 9-423
129
движение каретке сообщается через этот качающийся рычаг двумя взаимосвязанными шатунами, имеющими привод от двух синхронно вращающихся навстречу друг другу кривошипных валов. Принятая конструкция механизма реза обеспечивает отрезку проволоки только на участке хода каретки вперед. При возвратном движении каретки подвижной нож, закрепленный па рычаге, находится ниже оси подачи проволоки, чем обеспечивается непрерывность процесса.
Длину отрезаемого стержня определяет значение подачи проволоки за один двойной ход каретки. Меняя соотношение между числом ходов каретки и скоростью подачи проволоки, изменяют длину отрезаемого прутка. Эта регулировка осуществляется бесступенчато с помощью цепного вариатора, встроенного между механизмами реза и подачи.
Синхронизация скоростей движения каретки и подачи проволоки в момент отреза осуществляется изменением хода каретки путем регулировки кривошипа одного из кривошипных валов. Ход каретки и работу цепного вариатора регулируют по соответствующим шкалам в зависимости от длины отрезаемого прутка, так как соотношение между количеством резов и скоростью подачи проволоки непосредственно связано с длиной прутка.
С помощью балансиров производят динамическое уравновешивание механизма реза во всем диапазоне регулировки величины хода каретки.
Подача проволоки через правильную рамку и механизм реза производится передним и задним роликовыми механизмами. Передний механизм подачи оснащен четырьмя парами подающих роликов, задний — одной парой. При этом задний механизм подачи предназначен, главным образом, для протаскивания через правильную рамку переднего конца мотка проволоки. Во избежание нарушения прямолинейности проволоки, выходящей из рамки, использовать задний механизм подачи во время стабильной работы автомата не рекомендуют.
Поджим верхних роликов к нижним в обоих механизмах подачи осуществляет пружинно-эксцентриковый механизм. Передний и задний механизмы подачи связаны между собой цепной передачей и приводятся от цепного вариатора, в свою очередь связанного с кривошипными валами механизма реза, также через цепную передачу.
Отрезанные прутки отводятся от автомата и подаются в приемные контейнеры ленточным транспортером с приводом от индивидуального электродвигателя.
За длительное время существования описанных выше станков их неоднократно модернизировали как разработчики, так и потребите
130
ли, поэтому находящиеся в реальной эксплуатации автоматы могут иметь значительные отличия от описанных. Наиболее существенная модернизация проведена в части механизмов и привода реза.
Достаточно широко распространены в промышленности станки модели ПРА-4, позволяющие перерабатывать проволоку диаметром 1,6-6 мм на регулируемую длину 250-450 мм, с частотой вращения правильного барабана 6300 мин-1 и производительностью 100 рез/мин. Общая мощность двух моторов всего 4 кВт.
НПО «Атомкотломаш» был предложен [12] правильно-отрезной автомат с производительностью до 800 рез/мин. Механизм подачи проволоки автомата оснащен четырьмя парами подающих роликов. В каждой паре верхние ролики являются нажимными и имеют клиновидную форму рабочей поверхности. Нижние приводные ролики состоят из двух частей, образующих паз такой же формы. Паз нижних составных роликов регулируют, смещая составные части. Через цилиндрическую направляющую проволока подающим механизмом передается в высокоскоростной правильный барабан. После правки проволока проходит через ролики выдачи ее конца, попадая в механизм отрезки. Последний работает по принципу вращающихся ножниц, т. е. матричная втулка и нож в момент реза движутся совместно со скоростью подачи проволоки.
Готовые стержни поступают на приемный магнитный конвейер, по нему приемным устройством направляются в накопитель и укладываются в контейнер.
Для перенастройки автомата на стержни различной длины заменяют звездочки цепной передачи, соединяющей механизм реза с механизмом подачи проволоки, и регулируют скорость подачи
проволоки размоточным устройством.
Техническая характеристика автомата: Диаметр проволоки, мм..........................2,0 6,0
Длина стержней, мм.............................350; 450
Точность стержней: по длине, мм.....................................±2
по прямолинейности, % ........................0,002
С корость вращения правильного барабана, мин . 10800; 12800
Производительность, рез/мин, макс...................... 800
Скорость подачи проволоки, м/мин.............. 125 325
Мощность, кВт......................................24
Габаритные размеры, мм.................6000x1000x1500
Масса, кг.........................................3800
9*
131
Таблица 29. Техническая характеристика станков фирмы «Вафиос»
Параметр REL2 REL3 R23DR
Диаметр перерабатываемой проволоки, мм 1,0-3,8 (1,2-3,0) 2,0 6,35 1,5-3,2
Временное сопротивление разрыву проволоки, МПа <800 (<1200) до 750 (>750 для 0 (2,0-4,0) мм) >1200
Скорость правки, м/мин 0-105 5-120
Длина стержней, мм 150-500 200-500
Число резов в минуту до 400 до 320 до 276
Общая мощность электродвигателей, кВт 6,7 И
Габаритные размеры в плане, мм 2200x800 2000x1100
Масса, кг -1100 -2050
Правильно-отрезной станок АР-ОЗМ предназначен для рубки и правки сварочной проволоки диаметром от 1,6 до 6,0 мм на стержни длиной от 250 до 450 мм. Станок отличают малые энергозатраты (установленная мощность 3,3 кВт), высокая точность резки стержней при производительности (для стержней длиной 450 мм) до 230 шт./мин, уменьшенный уровень шума. Легкий доступ ко всем узлам дает возможность быстро (до 15 мин) осуществлять наладку на другой типоразмер стержня. В станке установлен тянущий регулируемый ролик из износостойкого материала, что исключает необходимость смены ролика при наладке на другой диаметр проволоки. Высокая скорость вращения правильного семисухарного барабана (до 8500 мин *) позволяет успешно править проволоку как из углеродистой, так и высоколегированной стали, а также из цветных металлов (медь, алюминий) [13].
Высокое качество правки и резки проволоки обеспечивают станки фирмы Wafios Aktiengesellschft, технические характеристики которых приведены в табл. 29 [14].
Станок модели REL 2 предназначен для проволоки небольших диаметров из металла повышенной прочности и рассчитан на работу при высоких нагрузках. Скорость подачи проволоки оптимизируется применительно к свойствам перерабатываемого материала с помощью бесступенчато-регулируемого двигателя. Предусмотрено три пары приводных роликов: одна перед системой правки и две за ней транспортируют проволоку до неподвижного упора. Установку дли
132
ны стержней выполняют бесступенчатой наладкой скорости протяжки и резки через потенциометр. Раздельная система приводов делает излишним установку сменных шестерен. Время остановки проволоки в момент реза сокращается до минимума и остается постоянным для всего диапазона регулируемых длин стержней. При минимальном времени реза выполняющий правку инструмент не деформирует поверхность проволоки. Эти отличительные признаки конструкции позволяют получать высокое качество правки проволоки и точность реза максимально ±0,2 мм, что обеспечивает легкое дальнейшее использование стержней при опрессовке электродов.
Модель REL 2 может работать при высоких нагрузках: тянущие и толкающие валки прижимаются гидравлически с отдельно регулируемым усилием. Благодаря гидравлическим приводам, а также размещению приводов механизма реза внутри корпуса станка обеспечивается низкий уровень шума.
Другая модель REL 3 (рис. 24) предназначена для переработки проволоки более широкого диапазона диаметров, чем и вызваны ее конструктивные особенности. Проволока транспортируется тремя парами приводных роликов, две из которых установлены перед механизмом правки, а одна — за ним. Требуемую длину стержней ус-
133
танавливают путем соответствующей комбинации набора сменных шестерен редуктора механизма реза.
Надежность работы автомата при высоких нагрузках обеспечивается рядом конструктивных особенностей: плавным пуском за счет применения электромагнитной муфты; размещением электромагнитного тормоза на высокооборотном промежуточном вале, что позволяет производить торможение за короткое время; улучшенным креплением инструмента механизма правки, оптимальной термообработкой всех ответственных деталей и пр.
Последние модели, например R 23DR, позволяют рубить проволоку с прочностью более 1200 МПа. Станки могут быть дополнительно оборудованы приспособлением для гарантированного удаления заусенцев по всей окружности проволоки — модели AGV. Это приспособление монтируется к основному автомату, имея с ним общий привод. Нарубленные стержни по направляющим планкам передаются к транспортирующим валкам с канавками, а затем к обрезным дискам, осуществляющим снятие заусенцев. Индивидуальный прижим дисков позволяет регулировать глубину среза заусенцев.
Для обеспечения минимальной разнотолщинности электродного покрытия необходимо использовать стержни, имеющие минимальную овальность, требуемую прямолинейность, без заусенцев и смятия концов, малые допуски по диаметру. Нормы допустимых отклонений по диаметру проволок, используемых зарубежными фирмами, существенно жестче норм ГОСТ 2246-70, нуждающихся в изменении. Для достижения аналогичных показателей целесообразно, чтобы низкоуглсродистая проволока, идущая на изготовление электродов, поступала бы в виде катанки, волочение и калибровку которой осуществляют сами электродоизготавливающие предприятия.
В процессе сухого волочения проволоки используют специальные смазки, которые во многом определяют проггзводительность процесса и качество получаемой проволоки. Одной из возможных для применения является сухая волочильная смазка СВС-1, изготовленная на основе стеаратов щелочных и щелочноземельных металлов с наполнителями и модификаторами и выпускаемая в виде порошка по ТУ 2149-096-10964029-98 ЗАО «ФК». Возможная максимальная скорость волочения: на первом блоке 400 м/мин, на чистовом блоке — 900 м/мин, при максимальном суммарном обжатии 90%.
Совмещение операций волочения и правки-резки проволоки в одной линии позволяет достигать высоких скоростей резки. Ока-
134
пину удаляют, как правило, окалиноломателями, смазку после волочения — в ваннах с горячей водой. Наибольшую производительность резки обеспечивают правильно-отрезные автоматы моделей Curto М800, Curto М1000, Curto M1500 фирмы «ЭСАБ», где цифры обозначают число резов в минуту [14]. Такую производительность достигают для проволоки диаметром 2-4 мм, для больших диаметров она несколько ниже. При резке проволоки диаметром 5 мм на стержни длиной 450 мм на станке Curto Ml500 обеспечивается производительность 3,3 т/ч. Как правило, все станки оборудованы приспособлениями, обеспечивающими равномерную загрузку стержней в контейнеры.
Важной характеристикой станков является длина протягивания проволоки h, приходящаяся на один оборот правильного барабана. Допустимое значение h зависит от числа правильных сухарей и диаметра проволоки. При пяти сухарях и диаметре проволоки 2-2,5 мм значение h не должно превышать примерно 6-8 мм, при рубке проволоки диметром 4 мм и более значение h может быть увеличено приблизительно до 12-15 мм. При более высоких значениях h на стержнях может появиться недопустимо большая волнистость.
Волнистость стержней можно замерять при помощи простейшего прибора, состоящего из металлического основания — плиты с V-образной канавкой, на которой укреплены два подпружиненных ролика и установлен индикатор часового типа. При протаскивании стержня вдоль канавки щуп индикатора копирует волнистость; разность между двумя крайними значениями, показываемыми стрелкой индикатора, и соответствует величине волнистости стержня [15].
По данным МММЗ, полученным для проволоки номинальным диаметром 4,0 мм, качество правки стержней зависит также и от размеров правильных сухарей. Длина подачи проволоки на один оборот правильного барабана составляет: для сухарей длиной 24 мм — 10,5-12,2 мм, для длины 14 мм - 14,1-16,8 мм. При этом число оборотов правильной рамки для инструмента меньшего размера на 2-3 тыс. об/мин ниже, чем для большего размера при одинаковых скоростях подачи проволоки [15].
По данным тех же авторов, для модели И 6218А наиболее рационально следующее расположение сухарей в правильной рамке: оси входного и выходного сухарей совпадают с осью правильной рамки, во втором и четвертом ось сухарей смещена вверх на 5 мм, в центральном - на 10 мм.
135
По данным ВНИИМетиза, устранение волнистости стержней возможно за счет изменения соотношения диаметров шкивов механизма подачи проволоки без изменения скорости правильной рамки. Применительно к рубке низкоуглеродистой проволоки диаметром Змм на автоматах И6218, И6218А значение h не должно превышать 7 мм [20].
Приведенные цифровые показатели не являются всеобщими, их следует рассматривать в качестве примера.
Отметим, что по данным [16] для обеспечения отсутствия волнистости необходима некратность между собой длины протяжки проволоки за один оборот правильного барабана, расстояния между сухарями «по синусоиде» и длины цилиндрической части сухаря. В этом случае создаются лучшие условия для деформации проволоки по ее длине.
Рубка высоколегированной проволоки требует специализированного оборудования, что связано с ее повышенной прочностью, жесткостью, твердостью, вязкостью, меньшей длиной стержней. Например, временное сопротивление разрыву проволоки из сплава 06Х15Н60М15 0 2 мм достигает 1750 МПа, в то время как для проволоки Св-08 этот показатель находится на уровне 700 МПа. Высоколегированную проволоку подвергают термообработке и последующему травлению, что увеличивает ее овальность по диаметру, вероятность изменения жесткости проволоки по длине мотка. При правке-рубке проволоки на стержни существенно ограничивается возможность использования смазки. Резко возрастают требования к износостойкости инструмента правильно-отрезных автоматов. Поэтому требуемое качество стержней обеспечивается только на специализированных сравнительно тихоходных станках.
Для облегчения рубки высоколегированной проволоки, на поверхности которой после заключительного светлого отжига отсутствует какая-либо смазка, возможно применение умеренного количества мыльной смазки. Такую смазку в виде мыльного раствора наносят щеткой на поверхность проволоки. Помимо улучшения равномерности прохождения проволоки через правильный барабан в последующем обеспечивается также легкое прохождение стержней через питатель и его тянущие ролики при опрессовке электродов. Ухудшения прочности электродного покрытия при разумном применении такой смазки не выявлено.
Следует учесть, что вспомогательное время при рубке высоколегированной проволоки, значительная часть которой поступает в
136
мотках массой 15-80 кг, существенно возрастает. Система и приборы контроля должны гарантировать отсутствие перепутывания стержней.
В работе [16] перечислены следующие параметры, влияющие на качество правки проволоки:
• длина протягивания проволоки за оборот правильного барабана;
• шаг размещения сухарей по длине барабана;
• длина цилиндрической части сухаря и ее соотношение с диаметром сухаря;
• расстояние между сухарями «по синусоиде»;
• соотношение между диаметрами внутреннего цилиндрического отверстия сухаря и перерабатываемой проволоки.
С учетом физико-механических свойств самой проволоки воздействие указанных параметров на деформационные напряжения и степень релаксации металла различно, в связи с чем их значения устанавливают для конкретных проволок.
Приспособлениями к правильно-отрезным автоматам являются размоточные устройства. При рубке проволоки, поступающей в мотках (бухтах), для непрерывной размотки проволоки в процессе рубки применяют мотовила. Конструкция мотовила зависит от массы мотка, скорости рубки и вида проволоки. На рис. 25 приведена схема конструкции мотовила для мотков проволоки массой до 100 кг. Размотка происходит за счет усилия одних только тянущих или тянущих и вспомогательных роликов станка.
При рубке проволоки с катушек обычно применяют размоточные центры, в которые устанавливают катушку. На рис. 26 приведена схема устройства размоточных центров. Мотовила и размоточные центры оборудованы тормозами, которые обеспечивают остановку вращения бухты или катушки при остановке движения проволоки.
Скорость рубки высоколегированных проволок, отличающихся повышенной прочностью, большей овальностью, возможным разбросом свойств по длине, отсутствием смазки на поверхности, не превышает 350 шт./мин. Для таких скоростей используют само-вращающиеся размоточные устройства. При больших скоростях резки используют размоточные устройства с отдельным приводом, а также безынерционные устройства.
Рубленые стрежни поступают в приемник, часто оборудованный приспособлением для периодического сброса прутков в контейнер или на транспортер. Правильно-отрезные автоматы высокой производительности оборудованы дополнительным приемным
137
Рис. 25. Схема мотовила для размотки мотков проволоки: 1 — раздвижные упоры по внутреннему диаметру мотка; 2 — съемная крышка; 3 — вертикальная ось мотовила; 4 — площадка для укладки мотка; 5 — ось наклона мотовила; 6 — противовес;
7 — опорный подшипник
транспортером, который принимает прутки и передает их в приемник-укладчик. Оттуда прутки периодически сбрасываются на транспортер, ведущий к прутковому питателю электродообмазочного пресса, если оборудование установлено в линию, или в контейнер рубленых стержней.
На’ поверхности проволоки, как и на любом другом продукте волочильного производства, всегда имеется какое-то количество загрязнений различного рода, образовавшихся в процессе ее изготовления или при хранении, транспортировке и пр. Хотя стандарт на сварочную проволоку допускает наличие на поверхности низкоуглеродистой и легированной проволоки только следов мыльной смазки без графита и серы (для высоколегированной проволоки недопустимо и это), практически встречаются загрязнения трех групп: органические (масла, остатки технологической смазки, кон-сервационные покрытия), оксидные (ржавчина всех видов), посторонние (грязь, пыль, случайные вещества). Для большинства марок электродов использование такой проволоки не только ухудшает их сварочно-технологические характеристики, но и чревато дефектно-
138
Рис. 26. Схема размоточных центров: 1 металлическая площадка; 2 — стойки; 3 — стационарный вращающийся конус; 4 — подвижный конус; 5 — рукоятка для зажима катушки в центрах
стью сварных швов. Поэтому загрязненную проволоку необходимо очищать.
Для механической очистки проволоки диаметром до 2,5 мм может быть использован станок, имеющий камеры предварительной и окончательной очистки (17]. Камера предварительной очистки представляет собой контейнер, наполненный кварцевым песком, где проволоку очищают от мыльной смазки и поверхностных загрязнений. Окончательную очистку производят вращающимися со скоростью 1410 мин-1 иглофрезами. На выходе из этой камеры установлена войлочная протирочная фильера, убирающая металлическую пыль, образующуюся при работе иглофрез. Скорость очистки 37 м/мин, производительность до 86 кг/ч.
Для очистки поверхности электродной проволоки от загрязнений и ржавчины возможно использование ультразвуковых технологий [18]. Применение ультразвука является наиболее быстрым методом очистки, причем процесс может осуществляться как в отдельно расположенной ванне, так и при встраивании ультразвукового оборудования в автоматизированные линии. Наиболее эффек
139
тивно использование малогабаритных ультразвуковых модулей, встраиваемых в действующие волочильные станы. Модульное исполнение обеспечивает удобство в обслуживании и ремонте. В качестве моющего средства известно применение моющей жидкости «Грин Юниклин-1223», не требующей ополаскивания и специальной подготовки для утилизации, или кислотных растворов технических моющих средств с рН<4 с промывкой в щелочных растворах технических моющих средств с добавкой поверхностно-активных веществ.
Преимуществом такой технологии, используемой на ряде электродных заводов, является ее быстродействие и возможность встраивания в автоматизированные линии. В частности, на ЗАО «Сы-чевский электродный завод» успешно эксплуатируется состоящая из двух ультразвуковых модулей установка, встроенная в действующий волочильный стан [19].
Требования к готовым стержням
Готовые стержни должны отвечать следующим требованиям:
1. Предельные отклонения длины стержней должны соответствовать нормированным предельным отклонениям длины электродов, не превышающим 3,0 мм между минимальной и максимальной длиной.
2. Стрела прогиба должна удовлетворять следующим требованиям, выработанным практикой:
Длина стержня, мм 250-300........
Более 300-350.. Более 350......
3. Величина заусенцев и волнистость стержней должны обеспечивать возможность их свободного прохождения через контрольные втулки рекомендуемой длины 60 мм, диаметры которых указаны ниже:
Диаметр стержня, мм 1,6..............
2,0..............
2,5..............
Допустимая стрела прогиба, мм, не более .............0,3 .............0,4 .............0,5
Внутренний диаметр контрольной втулки, мм ................1,65 ................2,05 ................2,55
140
3,0...............................................3,1
3,15.............................................3,25
4,0...............................................4,1
5,0...............................................5,1
6,0..............................................6,15
4. Угол среза проволоки по отношению к оси стержня для всех диаметров должен находиться в пределах 72-90°. Угол среза контролируют шаблоном.
Контролер ОТК и рубщик проволоки в течение смены обязаны периодически контролировать качество нарубленных стержней.
В каждый контейнер с нарубленной проволокой вкладывают сопроводительную бирку с указанием марки и диаметра проволоки, номера партии, массы, фамилии рубщика и даты рубки. Кроме этого, обозначение проволоки и номера партии наносят обычно мелом на боковую стенку контейнера (прежняя надпись должна быть стерта).
Контейнер с проволокой транспортируют в отделение опрессовки или на промежуточный склад только после проверки качества проволоки контролером ОТК, который делает отметку на сопроводительной бирке. При рубке проволоки на стержни с укладкой их на транспортер, идущий к питателю электродообмазочного пресса, качество нарубленных стержней периодически проверяет контролер ОТК. В этом случае особенно тщательно контролируют катушки проволоки и большегрузные мотки перед их подачей на рубку.
Стержни, подаваемые на операцию опрессовки, должны иметь температуру, близкую к температуре цеха и температуре обмазочной массы. Использование стержней с повышенной температурой сразу после рубки влечет за собой быстрое высыхание слоев электродного покрытия, прилегающих к стержню, что влечет за собой появление трещин в покрытии. Применение холодной проволоки чревато снижением адгезионных свойств покрытия и его отслоением от стержня.
На практике возможны отклонения от установленных требований к качеству стержней. Характер таких отклонений и технические причины, их вызывающие, приведены в общем виде в табл. 30. В течение смены рабочий-рубщик обязан постоянно контролировать с помощью шаблонов установленные нормы качества стержней и устранять, по мере необходимости, причины отклонений. Следует помнить, что дефектные стержни могут явиться неизбежной причиной брака на последующих стадиях изготовления электродов.
141
Таблица 30. Основные отклонения по качеству стержней, причины отклонений и способы их устранения
Характер отклонений Причины отклонений Способы устранения
Разброс по длине стержней Торможение сходящего витка проволоки на разматывающем устройстве, в подводящих втулках и правильных сухарях из-за:
масла, загрязнений на поверхности проволоки Очистить проволоку
некачественной отделки внутренней поверхности сухарей Отшлифовать внутреннюю поверхность сухарей
местной выработки роликов Сменить ролики
Слабый прижим тянущих роликов Поджать ролики
Некачественная намотка мотка Работа с поставщиком проволоки
Сверхнормативное колебание временного сопротивления по длине мотка
Повышенное смещение осей правильных сухарей Уменьшить смещение осей
Повышенная стрела прогиба стержней Повышенное усилие поджатия тянущих роликов Оптимизировать поджатие
Неправильная регулировка сухарей Отрегулировать сухари до изгиба проволоки по плавной кривой
Чрезмерная упругость проволоки Заменить проволоку
Волнистость стержней Повышенное смещение осей правильных сухарей Уменьшить смещение осей
Некачественная отделка внутренней поверхности сухарей Отшлифовать внутреннюю поверхность сухарей
11едостаточная частота вращения правильного барабана Увеличить частоту вращения барабана или перейти на станок с требуемыми характеристиками
Дефекты реза: заусенцы, косой срез, изгиб конца Увеличенный зазор между ножами Настроить зазор
Затупились ножи Заточить ножи
Повышенный допуск в отверстии круглого ножа Заменить нож
Несоосность отверстий ножей Отрегулировать установку подвижного ножа
142
Глава 6.
Переработка материалов электродных покрытий
Технологическая схема переработки материалов
Покрытие современных электродов состоит из широкой номенклатуры компонентов, поступающих на предприятия в виде порошков, готовых к применению, или в виде крупных или мелких кусков, нуждающихся в определенной переработке. По установившейся практике всю необходимую переработку большинства компонентов производят, как правило, в дробильно-размольных отделениях электродных цехов, хотя это не всегда технико-экономически оправдано. Отметим, что многие зарубежные предприятия получают подавляющее большинство материалов в виде готовых порошков заданной крупности (грануляции).
Качество электродов определяет не только марка стали стержня и рецептура покрытия. Оно в большой степени зависит от правильной подготовки порошков компонентов, входящих в состав покрытия. Равномерное истечение обмазочной массы из головки электродообмазочного пресса, ее концентричное (равномерное) расположение на стержнях электродов обеспечивают рациональный подбор гранулометрического состава (размера частиц) компонентов сухой шихты, ее низкая влажность, а также малая химическая активность ряда ферросплавов и металлов, входящих в состав покрытия.
Кроме размеров, важнейшей характеристикой порошков является их морфология, т. е. их форма, характер поверхности, склонность к агломерации, зависящая от вида их нахождения в природе, методов и условий получения. Основные разновидности морфологических типов частиц порошков материалов, применяемых в электродном производстве: сферические (округлые), осколочные,
143
чешуйчатые или тарельчатые. Поэтому один и тот же порошок, полученный разными методами, может иметь весьма различные технологические свойства.
Металлургические процессы, протекающие при плавлении электродов, обеспечивают необходимый химический состав и механические свойства наплавленного металла только при отсутствии засорения одних компонентов другими, при соблюдении требований к гранулометрическому составу ферросплавов и металлов. Поэтому очевидно, что качество электродов закладывается в дробильноразмольном отделении электродного производства. Несоблюдение требований технологии подготовки сухих порошков невозможно исправить на последующих этапах изготовления электродов. Об этом необходимо помнить всем работникам дробильно-размольного отделения.
Многообразие материалов, применяемых для изготовления электродов, весьма велико. Сюда входят различные руды, металлы, ферросплавы, нерудные материалы, растворимые силикаты, органические вещества, химикаты и др. (см. табл. 22 и 23). В связи с различием физических свойств и особенностей технологии производства этих материалов условия их поставки и переработки весьма различны.
Некоторые материалы поступают навалом в виде крупных кусков, часто загрязненных посторонними примесями. В связи с этим перед измельчением и классификацией (просевом) они нуждаются в предварительной мойке и сушке. Другие материалы поступают в виде порошков, готовых к применению, упакованные в металлическую или мягкую тару.
В табл. 31 приведена примерная схема переработки основных материалов покрытий электродов общего и специального назначения. Следует иметь в виду, что в зависимости от конкретных условий поставки отпадает необходимость в выполнении тех или иных операций по переработке материалов, указанных в табл. 31. Например, при поступлении мрамора в виде загрязненных кусков его переработку следует начинать с мойки и сушки. Если же мрамор поступает в виде крупных блоков массой в 2-3 т, то необходимость в этих операциях отпадает. Появляется новая операция — дробление блока на крупные куски, которая не включена в таблицу как нехарактерная для остальных материалов. Но мрамор может поступать и в виде готовых порошков, тогда схема переработки соответственно меняется.
144
Таблица 31. Схема переработки сырьевых материалов электродных покрытий
146 | 10* 147
Продолжение табл. 31
Наименование Состояние поставки Расшаривание Промывка Крупное дробление Грохочение Среднее дробление Сушка Размол и классификация
Карбоксиметил-целлюлоза Волокнистый продукт или порошок; в бумажных или полипропиленовых мешках по 20 кг + - - - + +
Лигатура желе-зо-хром-бор Куски массой до 20 кг; в стальных барабанах массой брутто до 200 кг + + + + - +
Магнезит Куски размером до 150 мм, насыпью или в контейнерах + - + т + + +
Магнезит обожженный Порошок; россыпью - - - - - + +
Марганцевый концентрат Куски; навалом - - + + +
Металлический марганец Куски массой до 15 кг; в металлических барабанах или контейнерах + + + + - +
Медный порошок В металлических или пластмассовых банках + - - - - -
Молибденовый порошок В металлических банках + - - - - - -
Мрамор Блоки или крошка, или куски, или порошок; навалом или в бумажных мешках массой нетто до 50 кг, или в мягких контейнерах 1-2 т + + + ± ± ,+ +
Никелевый порошок Металлические банки, бочки или полиэтиленовая тара + - - - -
Продолжение табл. 31
Наименование Состояние поставки Расшаривание Промывка Крупное дробление Грохочение Среднее дробление Сушка Размол и классификация
Плавиковошпатовый концентрат Порошок; в бумажных мешках нетто до 50 кг или в мягких контейнерах + - - + -
Полевой шпат Куски; навалом - + + + + + +
Поташ Порошок; в мешках массой нетто до 50 кг + - - - - —
Рутиловый концентрат Порошок; мягкие контейнеры массой до 2 т + - - - - -
Калиевая селитра Порошок; в бумажных мешках + - - - + -ь
Силикат натрия Куски размером 10-150 мм; насыпью или в мягких контейнерах - + - + + - -
Силикат калия Куски; насыпью или в мягких контейнерах + + + - -
Силикат К Na (Na-K) Куски размером 20-250 мм; насыпью или в мягких контейнерах + + - + ± -
Слюда Порошок; в бумажных мешках нетто до 30 кг или в мягких контейнерах + - - - - ± +
Сода Порошок; в бумажных мешках или в мягких контейнерах + - __ - - + -
Тальк Порошок; в бумажных мешках массой нетто до 35 кг или в мягких контейнерах + - - - -
Титановый порошок В металлических банках + - - - - - -
Ферробор Куски массой до 10 кг; в стальных барабанах массой брутто до 200 кг + - + + + - +
табл. 31 Размол и классификация 4 + + 1- + 4- 4- 4- + + । С 1 5.
3 s и Сушка I I I 1 1 1 1 1 1 1 +1 всехма;
§ ГО О £ Среднее дробление + 44 4- 4- + + 4 4 + 1 с S d !
Грохочение + 44 + 1- + + + 4 + 4 1 с Ч
Крупное дробление + 44 + ь 4 + 4- 4 + + 1 >ный проа
Промывка 1 1 1 1 1 1 1 онтролг
Расшаривание + + I + 1 1 + + 4- эдится. К
Состояние поставки Куски массой до 5 кг; в стальных барабанах Куски или дробленые частицы; в деревянных ящиках или в металлических барабанах Навалом; куски размером до 300 мм Куски или дробленые частицы размером 2-100 мм; в деревянных ящиках или стальных барабанах Куски; в стальных барабанах Навалом; куски массой до 25 кг, размером до 315 мм Куски размером до 200 мм; навалом Куски массой до 15 кг или дробленые частицы; в стальных барабанах или деревянных ящиках Навалом; куски массой до 20кг или дробленые частицы Куски или дробленые частицы; в стальных барабанах Порошок; в бумажных мешках нетто 15-20 кг ч с S $ ч 3 с ? $ ч S с г с § с ч с S S 1 § Г f h
Наименование Феррованадий Ферровольфрам Ферромарганец € S В * □ & э Феррониобий Ферросилиций Ферро силикомарганец Ферротитан Феррохром Металлический хром Целлюлоза 4 ч S с j 1 J-
148
В некоторых случаях может возникнуть необходимость в новых операциях, как например, при использовании плавикового шпата в виде кускового материала. В этом случае необходима его последующая мойка и сушка. Среди ферросплавов могут встречаться куски, превосходящие по размерам возможности дробилок, тогда требуется предварительное дробление.
Подготовительные операции
Расшаривание и затаривание материалов. Как видно из табл. 31, многие кусковые и порошковые материалы поступают на склад в таре. Растаривание материалов является ответственной операцией. При небрежном ее выполнении возможны неоправданно высокие потери материалов.
При растаривании ферросплавов возможно перепутывание их отдельных плавок, существенно различающихся содержанием ведущего легирующего элемента, следствием чего может явиться последующий брак электродов по химическому составу или структуре наплавленного металла. Перепутывание же различных металлов или ферросплавов неизбежно приведет к неисправимому браку электродной продукции.
При растаривании материалов необходимо соблюдать следующие условия:
• емкость, в которую производится растаривание, должна быть чистой, сухой, без щелей и отверстий. Если растаривание производят на площадку, то она также должна быть чистой, ровной и сухой;
• единовременно следует растаривать только материал одной партии, а ферросплавы — одной плавки;
• растаренный материал необходимо снабжать биркой с четкой маркировкой наименования материала, номера партии, марки и плавки (при ее наличии);
• растаривание целесообразно производить с учетом минимизации трудовых затрат на последующую транспортировку материла и его дальнейшую переработку. Например, растаривание кусковых ферросплавов и металлов, подлежащих дроблению, желательно производить на металлической площадке, расположенной несколько выше уровня зева дробилки, что позволит перемещать дробимый компонент без его подъема.
149
Дробимый материал обязательно должен сопровождаться биркой или «маяком» с соответствующими данными.
При растаривании массовых порошковых материалов, которые должны пройти контрольный просев, например плавикового шпата, операцию следует производить на специальной установке с механическим ситом для контрольного просева. Для этой цели можно использовать установку Гипрометиза производительностью от 0,25 до 1,2 т/ч, или установку МОСЗ, принципиальная схема которой показана на рис. 27.
На ряде предприятий применяют нестандартные установки для растаривания как металлических барабанов, так и бумажных мешков и «биг-бэгов» (мягких большегрузных контейнеров). Например, на ЧСПЗ установка для растаривания барабанов включает наклонный стол с основанием, направляющую и отрезной станок. Установка для растаривания бумажных мешков состоит из сварной рамы, подъемника элеваторного типа, четырех дисковых ножей,
Рис. 27. Схема установки для растаривания кусковых (а) и сыпучих (б) материалов: 1 — металлический барабан с кусковым материалом; 2 — направляющая воронка; 3 — тележка с емкостью; 4 — механическое сито для контрольного просева; 5 — вытяжка для запыленного воздуха; 6 — мешок с сыпучим материалом; 7 — крюк от кран-балки (тельфера)
150
барабана, течки и двух приемных контейнеров. Ее техническая характеристика: производительность 15т/ч, мощность привода 4,5 кВт, габаритные размеры 5710x3220x4800 мм [21].
Контрольный просев имеет целью гарантировать отсутствие в материале перед его дозировкой закрупнений и случайных посторонних включений. Закрупнения, попавшие в обмазочную массу, приводят к ее неравномерному истечению из головки пресса, в связи с чем покрытие электродов располагается эксцентрично. Перед контрольным просевом установка для растаривания, включая сито и емкость для сбора годного материала, должна быть тщательно очищена. Материал должен сопровождаться соответствующей биркой.
Порошковые материалы, такие как молибден, никель и др., поступающие в металлических или пластмассовых банках, теоретически не нуждаются в контрольном просеве. Однако по технико-экономическим соображениям такой просев целесообразен одновременно с их растариванием на месте дозировки.
Противоположной является задача по затариванию кусковых материалов, поступающих навалом (насыпью). Лучшим вариантом является организация контейнерного хранения таких материалов. При этом может быть использована линия Гипрометиза для затаривания, состоящая из следующих основных устройств: приемного с бункером, загрузочного, питателя, подъемника для материалов и распределителя.
Техническая характеристика:
Производительность линии, м3/ч .
Размер кусков материала, мм..
Скорость ковшей подъемника, м/с
Шаг ковшей, мм...............
Вместимость одного ковша, м3...
Мощность, кВт:
двигателя подъемника ................................ 2,2
питателя......................................2,2
Редуктор подъемника.................Ц2У-125-40-21У2
Частота колебаний лотка питателя, мин 1....... .36
Амплитуда колебаний лотка, мм.................0-100
Редуктор питателя..................Ц2У-160-40-11У2
Вместимость приемного устройства и бункера, м$.....5
Вместимость контейнера для материала, мЛ........0,5
Габаритные размеры линии, мм.......9000~х.3000х3500
Масса линии, кг................................4200
...10 До 50 ...0,5 ..750 .. 0,01
151
Кусковой материал принимают в бункер, установленный в приямке вне склада, непосредственно из самосвала или иного загрузочного устройства. Из бункера материал питателем равномерно выгружается в ковшовый подъемник, подающий материал внутрь помещения склада. На складе материал через распределительное устройство поочередно затаривается в один из двух контейнеров, поочередно убираемых от распределительного устройства с помощью вилочного погрузчика [22].
Промывка кусковых материалов электродных покрытий. Некоторые материалы электродных покрытий поступают на производство со значительными загрязнениями. Это в первую очередь относится к кусковым рудным и нерудным материалам, поступающим навалом, таким как гематит, мрамор, доломит, полевой шпат, силикатная глыба, плавиковый шпат (кусковой) и др. Какой бы характер ни носили загрязнения, они совершенно недопустимы для производства электродов всех назначений и марок. Поэтому переработку загрязненных материалов должно начинать с их промывки.
Таблица 32. Характеристика установок для промывки кусковых материалов
Параметр Установка конструкции Гипрометиза С-213А
Производительность. м3/ч 3,6 До 9
Наибольший размер загружаемых кусков, мм — 80
Диаметр сортировочного барабана, мм:
внутреннего — 600
наружного — 870
Частота вращения, мин-1 22,3 20
Мощность электродвигателя, кВт 1,7
Габаритные размеры, мм:
длина — 5640
ширина — 1135
высота - 1200
Масса, кг 1960 1102
152
1
////////777//////////.'/////////
////////////'.
Рис. 28. Схема моечной установки С-21ЗА:
1 - загрузочный бункер; 2 — ленточный питатель;
3 — диск-питатель машины; 4 — моечная машина, 5 — приемный бункер; 6 — контейнер
для промытого материала; 7 — подача воды;
8 — ролики для вращения моечной машины
При массовом поступлении кусковых загрязненных материалов их промывка должна быть механизирована. Для этой цели может быть использована гравиемойка типа С-21 ЗА, основные характеристики которой приведены в табл. 32, а схема — на рис. 28, или моечная установка конструкции Гипрометиза.
Установку типа С-213А можно легко перестраивать с промывки одного материала на другой. Тем не менее, перед промывкой нового материала необходимо тщательно следить за чистотой установки и отсутствием в ней остатков предыдущего материала.
Применение моечной установки конструкции Гипрометиза особенно эффективно, если промывке подлежит только один какой-либо материал. Конструктивно установка проста. Она состоит из загрузочного бункера с питателем, моечной машины, в барабане которой промывается материал, и приемного бункера, куда промытый материал поступает. Во время работы в барабан непрерывно подаегся вода.
Оборудование для промывки необходимо устанавливать в отапливаемом помещении с целью беспрепятственной работы и в холодное время года. Для промывки материалов желательно использовать подогретую воду.
153
Измельчение материалов
Схему измельчения материалов электродных покрытий с доведением их до необходимого гранулометрического состава определяют конкретные условия данного электродного производства. Однако для всех электродных производств, измельчающих кусковые материалы, основными и необходимыми операциями являются крупное дробление, среднее дробление, тонкое измельчение с последующей классификацией для отделения материала требуемой грануляции.
Крупное и среднее дробление загрязненных кусков материалов (мрамора, полевого шпата и др.) целесообразно проводить непосредственно после промывки, так как увлажненный материал существенно меньше пылит. В этом случае сушку материалов осуществляют перед тонким измельчением.
На некоторых производствах в процессе крупного дробления проводят грохочение материала, во время которого отбирают мелкую фракцию, пригодную для тонкого измельчения. В этом случае па среднее дробление поступают только сравнительно крупные куски, что обеспечивает более эффективное сокращение их размеров.
При вертикальной схеме размещения оборудования материал непосредственно после крупного дробления проходит среднее. После этого целесообразно провести грохочение с целью задержки крупных кусков, нуждающихся в дополнительном дроблении. Это обеспечивает не только повышенную производительность оборудования для тонкого измельчения, но и большую возможность получения, порошков требуемой грануляции, без переизмельчения.
Крупное дробление. Для крупного дробления традиционно применяют щековые дробилки, обеспечивающие наряду с высокой производительностью и высокую степень сокращения в пределах 5-6 (степень сокращения — это отношение размеров куска материала до и после дробления). Процесс дробления сводится к раздавливанию кусков материала между щеками (ребристыми плитами), из которых одна совершает качательные движения, обеспечивая периодическое сближение и расхождение щек, а вторая неподвижна (рис. 29). Основные технические данные ряда щековых дробилок приведены в табл. 33 [23].
Размер кусков материала, загружаемого в дробилку, зависит от ее мощности, размеров приемного отверстия и твердости материала. Например, при дроблении мрамора дробилку можно питать куска-
154
Рис. 29. Схема щековой дробилки для крупного дробления: 1 — станина; 2 — бромеллита на неподвижной щеке; 3 — ось; 4 — маховик; 5 — эксцентриковый вал; 6 — шатун; 7 — пружина; 8 — тяга; 9 — регулировочное устройство; 10 — распорные плиты; 11 — вкладыш; 12 — бромеллиты; 13 — подвижная щека
ми максимально допустимого размера, принимаемого равным 0,85 ширины приемного отверстия, при дроблении ферросплавов высокой твердости размер кусков не должен превышать 140-160 мм.
Ферросплавы с высокой вязкостью, такие как малоуглеродистый феррохром или ферровольфрам, следует дробить после закалки (нагрев до 850-900 °C, выдержка 30 мин, охлаждение в холодной воде).
Материалы следует дробить только после тщательной очистки дробилки, а также приемного устройства для дробленого материала (контейнера, транспортера и т. д.).
Дробилку необходимо включать после включения вентиляции. Дробление материала следует начинать после набора дробилкой полного числа оборотов. Выключение дробилки следует производить в обратном порядке: после полного дробления всего загруженного материала выключают дробилку, а затем вентиляцию.
155
156
Щековые дробилки в большинстве своем комплектуют дробящими плитами с треугольными или траиецивдальными рифлениями, причем выступы рифлений одной плиты располагают против впадин рифлений другой. Однако можно встретить и другие рекомендации: по установке зубьев противоположных плит друг против друга; по применению дробящих плит с гладкой поверхностью, особенно для мелкого дробления крупных пород, для феррохрома [24].
Более совершенными по сравнению с щековыми являются вибрационно-щековые дробилки (ВЩД), принципиальная схема которых показана на рис. 30, а техническая характеристика приведена в табл. 34.
Дробилки ВЩД эффективны при дроблении наиболее прочных материалов благодаря ударному характеру воздействия щек. От стандартных щековых дробилок их отличают следующие основные преимущества: высокая степень сокращения (более 10, т. е. в 1,5-2 раза выше); отсутствие поломок при попадании недробимых тел с их автоматическим пропуском; отсутствие динамических нагрузок на опорную площадку (отсутствие массивного фундамента); возможность работы как при дозированном питании, так и «под завалом» с целиком заполненной камерой дробления; малая степень пыления [25].
Схема установки дробления ферросплавов, оснащенной ВЩД, показана на рис. 31, а гранулометрические кривые для ферротитана и ферросилиция, полученные при работе такой установки, — на рис. 32. Из графика видно, что максимальная крупность получаемо-
157
Таблица 34. Техническая характеристика дробилок ВЩД
Параметр Размер приемного отверстия, мм
80x300 130x300 440x800
Максимальная производительность на материале средней прочности, т/ч 1 1,5 35
Наибольшая крупность исходного питания, мм 65 110 350
Крупность готового продукта, мм 15 20 45
Частота колебаний щек, мин 1 1500 1500 1000-1500
Мощность привода, кВт 2x7,5 2x11 2x30
Габаритные размеры дробилки с приводом и загрузочной воронкой, мм:
длина 1500 1760 2600
ширина 1240 1370 2100
высота 1400 1200 2000
Масса, т 1,4 1,5 15
Рис. 31. Установка дробления ферросплавов: 1 — бункер исходного питания;
2 — рассеивающая решетка; 3 — шибер; 4 — наклонный желоб;
5 — приемная воронка;
6 - ВЩД 440x800;
7 — разгрузочная камера; 8 — контейнер готового продукта; 9 — тележка с приводом;
10— отгрузочный контейнер;
11 — рама;
12 — вибропитатель;
13 — вибропобудитель; 14 — грейферный кран
158
Рис. 32. Гранулометрические кривые дробленных на ВЩД 440x800 ферротитана (1) и ферросилиция (2)
го продукта составляет около 40 мм. Около 50% имеют крупность примерно 20 мм, что позволяет отправлять эту часть сразу на измельчение, минуя среднее дробление.
Особо отметим, что при использовании дробилок ВЩД 130x300 и ВЩД 80x300 необходимость в последующем среднем дроблении отпадает (табл. 35).
Среднее дробление. Типовым оборудованием для среднего дробления кусковых материалов является валковая дробилка с гладкими валками (рис. 33). Реже для среднего дробления применяют щековые дробилки со сложным качанием щеки, конусные или молотковые дробилки. Валковые дробилки просты по конструкции, надежны в эксплуатации и обладают высокой производительностью, обеспечивая степень сокращения в пределах 3 5. Процесс дробления сводится к раздавливанию кусков материала между гладкими валками, вращающимися навстречу друг другу.
Валковые дробилки наиболее приспособлены для переработки материалов, склонных к налипанию. Существенным недостатком
Таблица 35. Крупность ферромарганца, дробленного в ВЩД 80x300
Исходный материал
Величина куска, мм >100 <100-75 <75-50 <50-32 <32
Содержание фракции, масс. % 3,2 13,3 46,5 23,5 13,5
Готовый продукт
Величина куска, мм >32 <32-20 <20-10 <10
Содержание фракции, масс. % 6,5 58,1 21,6 13,8
Примечание. Подача материала до 1000 кг/ч.
159
валковых дробилок является интенсивное и неравномерное изнашивание рабочих поверхностей валков при обработке прочных и абразивных материалов. Основной износ приходится на среднюю часть валков. Валки можно многократно восстанавливать наплавкой.
Для предохранения механизма дробилки от поломок один из
валков подпружинивают сильными пружинами, которые в случае
захвата валками чрезмерно твердых кусков принимают усилие на себя, сжимаются, и зазор между валками увеличивается. Основная характеристика валковых дробилок приведена в табл. 36.
Подготовку валковой дробилки к работе, ее пуск и остановку выполняют в той же последовательности, как щековой дробилки.
Типичная крупность ряда материалов высокой и низкой твердости после двухстадийного дробления (щековая дробилка — валковая дробилка) приведена в табл. 37.
Рис. 33. Валковая дробилка с гладким валками: 1 иЗ — гладкие валки; 2 — загрузочный бункер; 4 — дробленый материал; 5— транспортер для дробленого материала
Рационально применение в электродном производстве для совмещенного крупного и среднего дробления комбинированных щекововалковых дробилок типа СМД-115 с вертикальным расположением агрегатов. При этом исключаются промежуточные перегрузки и перемещения материалов, минимизируются потребные производственные площади.
На ряде электродных производств для измельчения ферросплавов используют конусные инерционные дробилки (КИД) — вибрационные измельчители с рабочей камерой, образованной внутренним и охватывающими его внешними мелющими телами (рис. 34). Измельчитель состоит из установленной на амортизирующем фундаменте станины 1, на которой смонтирован наружный дробящий конус 4 и сферичес-
160
Таблица 36. Основные характеристики валковых дробилок
Параметр ДГ 40x25 ДВГ-ЗМ СМ-12 ДГ 600x400
Предел регулировки щели, мм 2-12 2-10 10-30 2-14
Наибольший размер куска материала, мм 20 40 85 40
Максимальная производительность, м3^ 12 50 40 25
Размер валков, мм:
диаметр 400 600 600 600
длина 250 400 400 400
Скорость вращения валков, мин-1 200 180 75
Мощность электродвигателя, кВт 4 7 20 20
Габаритные размеры, мм:
длина 2200 2630 2235 3300
ширина 1260 1520 1720 1800
высота 820 955 810 1320
Масса, кг 1780 3442 3375 5300
кая опора 3 внутреннего подвижного дробящего конуса 2. Обращенные друг к другу поверхности конусов образуют мелющую камеру. Усилие, прижимающее подвижный конус к внутренней поверхности наружного конуса в результате действия центробежной силы, регулируют дебалаисным устройством 5, закрепленным в нижней части внутреннего конуса [26].
Таблица 37. Типичная крупность кускового материала для питания шаровой или стержневой мельницы
Материал Размер ячейки сита, мм
20 10 5 5 проходит сквозь сито, % мин.
остаток на сите, % макс.
Феррованадий 2 10 40 50
Металлический хром 6 30 40 20
Ферросилиций ФС45 2 15 35 45
Мрамор из блока 1 10 45 40
11 -9-423
161
Регулируемыми параметрами, влияющими на степень измельчения материала и производительность КИДов, являются статический момент дебаланса вибратора, число его оборотов, размер разгрузочной щели.
Измельчители КИД обеспечивают динамическое взаимодействие дробящих тел без кинематического ограничения их взаимного перемещения. Создаются условия для внутрислойного разрушения, исходный материал испытывает объемное напряженное состояние. С момента входа в мелющую камеру и до выхода из нее (10-20 с) исходный материал находится в объемном напряженном состоянии, с многократным повторением циклов сжатия, изгиба и снятия нагрузки. При этом материал разрушается преимущественно по межкристаллическим поверхностям, поэтому удельные затраты энергии на измельчение малы, материал мало разогревается. Измельчаемый материал быстро проходит через мелющую камеру, что уменьшает взрывоопасность процесса при переработке ферросплавов.
Материал может поступать в мелющую камеру из бункера под давлением собственной массы — самотеком без применения дози-
162
руюших и питающих устройств. При этом дробилка работает «под завалом». Размеры кусков подаваемого материала при работе на наиболее распространенной модели КИД-300 не должны превышать 20 мм, в противном случае возможно заклинивание установки.
Измельчение неактивных ферросплавов проводят в воздушной среде, для активных необходима их предварительная обработка пленкообразующей жидкостью и применение воздушной газовой среды.
Для локализации пылевыделений может быть применено аспирационное укрытие узла загрузки измельчителя с аспирационным отсосом (рис. 35). При этом предусмотрен обводной канал, соеди-
4
5
6
Рис. 35. Схема аспирации КИД: 1 — аспирационный отсос от загрузочного узла; 2 — аспирационное укрытие загрузочного узла; 3 — питатель; 4 — загрузочный желоб; 5 — конусная инерционная дробилка; 6 — привод дробилки; 7 — разгрузочный желоб; 8 — бункер измельченного материала; 9, 10 патрубок и воронка эжекционного отсоса; 11 — отводная труба
и*
163
няющий полость приемного бункера измельченного материала с укрытием узла загрузки измельчителя. Если по конструктивным условиям устройство обводного канала нецелесообразно или невозможно, для аспирации узла разгрузки следует предусмотреть эжекционный отсос от бункера (на рис. 35 он показан пунктиром). Такая система аспирации снижает унос порошкового материала с аспирируемым воздухом.
К техническим недостаткам конусных инерционных дробилок следует отнести невысокий выход готового порошка за один проход через дробилку, особенно для очень прочных и вязких материалов (например, металлического хрома), уже упоминавшиеся жесткие ограничения по размерам загружаемого куска, трудоемкость ремонта, неуниверсальность. Для сравнительно мягких минералов такие дробилки мало пригодны. В то же время есть положительный опыт использования КИД-300 для измельчения отходов обмазочной массы.
Для среднего дробления и последующей классификации рудоминеральных материалов средней твердости может быть применена дробильно-просеивающая установка УДП-750, состоящая из молотковой дробилки 3 и привода 2, установленных на раме 1, и вибросита 4, расположенного под дробилкой (рис. 36). Производительность установки зависит от конкретного материала, подлежащего дроблению.
164
Техническая характеристика установки УДП-750:
Производительность по исходному продукту, кг/ч...750
Максимальный размер исходного продукта, мм.......40
Влажность исходного продукта, %, не более........10
Максимальный размер дробленого продукта, мм........2
Количество получаемых на сите СВ 2-0,6 фракций.....3
Тип дробилки.............................Молотковая
Мощность двигателя, кВт: дробилки.......................................22
вибросита...................................0,75
Габаритные размеры, мм: длина........................................1560
ширина......................................1270
высота......................................1890
Масса, кг.......................................750
Достоинства такой установки: высокая ремонтопригодность, обусловленная креплением бронезашиты на болтах и возможностью переворачивания молотков; малые потребные производственные площади; возможность одновременного получения фракций, пригодных для питания в последующем вибромельниц. Необходимым
условием устойчивой работы установки является равномерность подачи исходного материала.
Сушка материалов. Для обеспечения требуемой влажности компонентов в реальных условиях достаточно часто необходима их просушка. При измельчении влажного материала возможно его комкование, налипание на мелющие тела, футеровку мельниц, накапливание в транспортных системах, повышенная склонность к сводообразованию в системах дозирования. Увлажненные материалы будут забивать сита при просеве и классификации (рис. 37). Опрессовываемость электродов с применением увлажненных
165
Таблица 38. Характеристика сушильных линий
Параметр С прямым обогревом С косвенным обогревом
Диаметр и длина барабана, мм 1200x6000 1200x6000 1200x6000
Крупность материала, мм 3-5 15 Зернистый и порошковый
Наибольшая влажность материала, %:
начальная 4 15 1,5 2
конечная 0,1 0,1 0,1
Тип горелки в топке ГИП-5 ГИП-4 ГИП-3
Вид загрузочного устройства Ковшовый ленточный элеватор Вращающаяся транспортирующая труба
Оборудование для просева - - Вибрационное сито СМ 402
Выгрузка барабана В контейнер Пневмотранспортом и в контейнер
Производительность, т/ч 5 0,8 0,8
материалов значительно ухудшается. Самым простым и экономичным способом является сушка компонентов на открытых песчаных банях, применяемая в мелких и средних электродных производствах.
Сушку кусковых компонентов производят в печах с выдвижным подом, более мелких — в сушильных механизированных линиях (табл. 38). Последние состоят из бункера, на который устанавливают контейнер с материалом, вибропитателя, загрузочного устройства, наклонного обогреваемого барабана, топки, дымососа, вибрационного сита и разгрузочного устройства. Иногда используют различные печи другого назначения. В любом случае сушку необходимо производить при температурах, не изменяющих состав или свойства материала. Например, при температуре 650 °C происходит диссоциация мрамора по реакции СаСО3 —> СаО+СО2. В большинстве случаев достаточна температура, несколько превышающая 100 °C, что рационально и по экономическим соображениям. Уменьшения времени сушки достигают оптимизацией высоты слоя материала и интенсификацией воздухообмена в зоне сушки.
Простым и достаточно надежным способом сушки кусковых рудоминеральных материалов является их продувка после помеще
166
ния в специальную дырчатую тару потоком горячего воздуха от сушильного агрегата «Марико» [27].
Вибрационная сушилка с трубчатыми электронагревателями (ТЭН) модели СВТ-05 предназначена для нагрева и сушки в непрерывном режиме сыпучих материалов крупностью до 25 мм при температуре до 500°С. Она состоит из вертикальной трубы (колонны) с навитым снаружи транспортирующим желобом, инерционных дебалансных вибровозбудителей и упругой подвески (рис. 38). Снаружи желоб заключен в теплоизоляционный кожух, снабженный открывающимися дверями, и установлен на раме. На внутренней поверхности каждой двери смонтированы ТЭНы. Нагрев и сушка материалов, транспортируемых снизу вверх за счет винтообразных колебаний, сообщаемых колонне от привода, от патрубка загрузки — к патрубку выгрузки, осуществляется за счет радиационной, контактной и конвективной передачи теплоты, выделяемой
Рис. 38.
Схема вибросугиилки
СВТ-05
Вариант использования загрузочного патрубка
167
ТЭНами. Воздух, проходящий через сушилку, удаляется вместе с испаренной влагой через патрубок отсоса. Время сушки регулируют изменением вынуждающей силы вибровозбудителя с помощью разворота дебалансов и изменением угла вибрации [28 ].
Для подачи материала в сушилку используют шнековый питатель ПШ-0,56, производительность которого соответствует производительности сушилки. Исполнение шнека, как и рабочего пространства сушилки, из коррозионностойкой стали снижает вероятность налипания материала.
Техническая характеристика сушилки СВТ-05:
Производительность по исходному продукту, мА/ч .. 0,05—0,5
Максимальная мощность электронагревателей, кВт....120
Время сушки, мин...................................3-8
Объем удаляемых газов при разрежении в 150-200 Па, мА/ч...............до 1500
Параметры вибрации: амплитуда, мм...................................2-5
частота колебаний, Гц (кол/мин)........... 16,6 (1000)
Мощность двигателя, кВт..........................2x1,1
Габаритные размеры, мм.................3550х 1705У. 1100
Масса, кг.........................................1650
Тонкое измельчение. Тонкое измельчение является одной из ведущих технологических операций, определяющих технологичность электродов как в процессе изготовления, так и при сварке. Задачей тонкого измельчения является получение требуемых порошков. В общем виде порошок представляет собой совокупность находящихся в соприкосновении индивидуальных твердых тел (или их агрегатов) размером от 0,001 до 1000 мкм [29]. Существенное отличие порошкообразного материала от компактных тел состоит в наличии избыточной поверхностной энергии из-за большой поверхности порошков. При размерах частиц до 0,01 мкм начинают проявляться аномалии в физических свойствах материалов. Ансамбль порошинок представляет собой своеобразное малосвязанное тело, занимающее промежуточное положение между жидкими и твердыми телами и имеющее свои особенности по сравнению с компактными материалами.
В зависимости от вида мелющих тел, используемых в оборудовании для тонкого измельчения, различают шаровые и стержневые мельницы. В первых мелющими телами служат стальные шары, во вторых — металлические стержни. Наиболее распространены ша
168
ровые механические мельницы. При измельчении материалов в стержневых мельницах готовый продукт содержит меньше мелких фракций, чем при измельчении в шаровых мельницах.
Реже применяют вибрационные шаровые или стержневые мельницы, совсем редко — истиратели, дезинтеграторы, кольцевые мельницы.
Обычная шаровая мельница представляет собой цилиндрическую обечайку, с внутренней стороны которой болтами через резиновую прокладку крепят броневые плиты (футеровку), изготовленные из марганцовистой или хромистой стали. Иногда обечайки собирают и сваривают из отдельных плит, рабочая поверхность которых наплавлена износостойким сплавом. Для повышения эффективности работы мельниц футеровочные плиты отливают с утолщенными ребрами. При сборке футеровки эти утолщения образуют пороги, задерживающие соскальзывание шаров и стержней при вращении мельниц. В настоящее время в качестве футеровки часто применяют бруски из специальной резины, что уменьшает расход шаров и значительно улучшает условия труда вследствие снижения шума.
Для шаровых мельниц длина барабана может быть больше, меньше или равной его диаметру; для стержневых мельниц длина барабана должна быть больше диаметра, что гарантирует правильное положение стержней в рабочем объеме мельницы при ее вращении.
По принципу работы шаровые или стержневые мельницы различают с периодической загрузкой (мельницы периодического действия); с непрерывной загрузкой: работающие на проход, с периферической разгрузкой (с непрерывным просевом).
Мельницы с периодической загрузкой. В эти мельницы загрузку кускового и выгрузку измельченного материала производят периодически, через люк (рис. 39). Для разгрузки останавливают мельницу и заменяют крышку люка решеткой с необходимым размером ячеек. После этого закрывают кожух мельницы и включают ее. При вращении мельницы измельченный материал высыпается через решетку, а шары и крупные куски измельчаемого материала остаются в мельнице.
Мельницы периодического действия не отличаются высокой производительностью. Однако они незаменимы при измельчении ряда компонентов, вводимых в небольших количествах в покрытия электродов специального назначения: феррониобия, металличсско-
169
Рис. 39- Схема мельницы периодического действия: 1 — обечайка мельницы; 2 — люк мельницы с крышкой; 3 — стальные шары; 4 — измельчаемый материал; 5 — подшипники; 6 — ось вращения мельницы; 7 — тележка с контейнером для измельченного материала; 8 — кожух мельницы
го хрома, ферромолибдена и др. В таких мельницах проще получение требуемого гранулометрического состава измельчаемых компонентов, что часто имеет определяющее значение при производстве электродов. Данные мельницы обеспечивают взрывопожаробе-зопасность процесса измельчения.
Мельницы, работающие на проход (рис. 40), имеют полые цапфы. Через одну цапфу материал непрерывно подается в мельницу, а через другую материал различной степени измельчения не
Рис. 40. Схема мельницы, работающей на проход: 1 — лотковый питатель; 2 — полые цапфы с внутренним шнеком; 3 — подшипники;
4 — обечайка мельницы; 5 — стальные шары; 6 — люк мельницы с крышкой; 7 — измельченный материал; 8 — емкость для измельченного материала
170
прерывно вытекает и поступает на сито или в воздушный сепаратор. Такие мельницы могут работать в открытом и замкнутом циклах. При работе в открытом цикле измельченный материал, непрерывно вытекающий из цапфы мельницы, поступает на классификацию. При этом крупная фракция накапливается и периодически подается на доизмельчение. При работе в замкнутом цикле крупная фракция, выделенная при классификации, поступает на доизмельчение непрерывно. В схемах, работающих в замкнутом цикле, подача возврата может производиться механизмами (например, ковшевым элеватором), воздухом по специальному трубопроводу или с пульпой, если измельчение производится в мокром процессе (в практике электродного производства мокрый процесс иногда применяют при измельчении ферромарганца, однако он нежелателен из-за высоких потерь материала).
Для оптимизации работы шаровой мельницы непрерывного действия, работающей в замкнутом цикле, важным является равномерность подачи материала в мельницу с учетом ее производительности и скорости удаления измельченного материала. При уменьшенной загрузке материал будет переизмельчаться, при завышенной — мельница будет работать с перебоями.
Система контроля должна обеспечивать своевременное обнаружение разрыва сетки. При непрерывной подаче материала на доизмельчение с большей полнотой обеспечивается постоянство зернового состава конечного продукта.
Мельницы с периферической разгрузкой (рис. 41). В этих мельницах кусковой материал непрерывно подается питателем через отверстия диаметром 57 мм в плитах, образующих боковые
Рис. 41. Схема мельницы с периферической разгрузкой: 1 — бункер с дробленым материалом; 2 — лотковый питатель; 3 — щели с металлической сеткой; 4 — просеянный материал в тележке
Q-Q^^O
ССО
о
171
стенки барабана, и поступает на сита, расположенные по всей периферии мельницы. Материал, оставшийся на сите, через щели между плитами возвращается в мельницу на доизмельчение. Таким образом, мельница с периферической разгрузкой выполняет две функции: измельчение и просеивание материала. При измельчении в присутствии защитного газа его давление контролируют в разных точках системы, мельница автоматически останавливается при понижении давления газа до критического уровня.
Вибрационные мельницы. Вибрационные шаровые и стержневые мельницы (рис. 42) позволяют измельчать твердые и ковкие, а также чешуйчатые материалы.
В обычной механической шаровой или стержневой мельнице измельчение материала происходит за счет удара и истирания мелющими телами. В вибрационной мельнице измельчение происходит только за счет истирания. Поэтому, если шаровую или стержневую мельницу можно загружать материалом с размером кусков до 20-30 мм, то вибрационную только материалом не крупнее 3-5 мм.
172
Таблица 39. Техническая характеристика мельниц
МВ-0,37 j Вибрационная Объем 0,37 м3 Частота колебаний 1440 кол/мин Не более 5 V> Габаритные размеры, мм: 2120 1750 1615 1460
© и К Ci со ё С периферической разгрузкой 640 700 15-20 7,5 , 2800 ' 1500 2000 2000 1 200
700x550 700 550 i 37,5 : сч 7,5 : 1550 Г 200
МОСЗ С периодической загрузкой 680 088 1 42 1 20 2,8 1950 1040 1530 320
680 089 1 42 . 2,8 1750 950 1450 240
СМ-432 1 Обычно работающие на проход по замкнутому циклу с классификатором или ситом 900 1800 42 20-25 20 5130 j 1400 1430 । 4780 , 1600
в 006 900 40 ’•—1 2655 2290 1740 6920 680
СМ6008А 006 О о 00 т-Ч 37 18,5 5320 1035 1190 3950 | 1700 макс.
Параметры мельниц Диаметр барабана, мм Длина барабана, мм Число оборотов, мин 1 Наибольший размер куска загрузки, мм Мощность электродвигателя, кВт длина ширина высота Масса без шаров, кг Масса шаров, кг
173
По конструкции вибрационные установки могут быть одно- или двухкамерные. В двухкамерных установках камеры расположены одна над другой. Это дает возможность вести процесс одновременно в обеих камерах или измельчать материал в одной и другой камерах последовательно. Такая конструкция установки позволяет регулировать зерновой состав готового продукта.
Основные технические данные мельниц с различным принципом работы приведены в табл. 39.
Мелющие тела. В качестве мелющих тел обычно применяют шары или стержни. Шары могут быть коваными, штампованными или катаными из марганцовистой, хромистой или углеродистой стали; стержни — стальными. Стальные мелющие шары для шаровых мельниц поставляют по ГОСТ 7524-89. Твердость поверхности шаров в термически обработанном состоянии должна составлять для шаров обычной твердости 400-450 НВ, для шаров повышенной твердости 451-550 НВ. Следует учесть, что стальные шары изготавливают прокаткой с последующей закалкой. При этом толщина закаленного слоя не превышает 12-15 мм, в связи с чем твердость шара значительно снижается к центру, а скорость изнашивания резко возрастает. Диаметр шаров от 50 до 110 мм, диаметр стержней 50-120 мм. Для вибромельниц используют шары диаметром 16-20 мм.
При заполнении достаточно большого объема шарами одного диаметра степень заполнения составит около 62%, остальное — доля пустот между шарами. При различных диаметрах шаров степень заполнения будет несколько изменяться. Шары большого диаметра в основном работают на удар, мелкие шары — на истирание. Оптимальный набор диаметров шаров зависит от крупности исходного материала, его твердости и требуемой степени измельчения.
В табл. 40 приведен примерный набор шаров в зависимости от крупности и твердости измельченного материала, а в табл. 41 — характеристика шаров разного диаметра.
Масса шаровой загрузки должна составлять примерно от 1,0 до 1,2 т на 1 м3 объема мельницы в свету.
Практически придерживаются степени заполнения мельниц шарами па 40-45% объема в свету. Правильный подбор мелющих тел оказывает решающее влияние на производительность мельниц.
Оптимальная скорость вращения барабана мельницы зависит от его диаметра. Чем меньше диаметр барабана мельницы, тем большей должна быть скорость его вращения.
174
Таблица 40. Примерный набор шаров для шаровых мельниц (доля шаров каждого диаметра в загрузке, %)
Диаметр шаров, лги Твердые материалы (типа феррованадия) Мягкие материалы (типа доломита)
Крупность исходного материала, мм
10 20 40 20 40
110 0 30 32 0 0
~ 100 0 26 26 0 31
90 32 23 23 0 27
75 27 21 19 40 23
65 23 0 0 33 19
50 18 0 0 27 0
Таблица 41. Общие характеристики шаров
Диаметр шаров, лги Масса одного шара, кг. Количество шаров в 1 т, шт.
50 0,56 1786
55 0,73 1370
60 0,88 1137
65 1,11 901
70 1,33 753
75 1,63 614
100 4.05 217
Измельчение материала в шаровой или стержневой мельнице протекает следующим образом. В первый момент вращения мелющие тела и материал, подлежащий измельчению, под действием центробежной силы отбрасываются и прижимаются к стенкам мельницы. Поднявшись на некоторую высоту, они отрываются от стенки мельницы и падают по параболической кривой. В момент падения часть мелющих тел разбивает куски материала, а часть, скатываясь по стенкам мельницы, производит истирание. В зависимости от скорости вращения мельницы изменяется характер работы мелющих тел. При малой скорости мелющие тела и материал поднимаются по стенке мельницы на высоту, определяемую углом естественного откоса, после чего начинают скатываться — мелющие тела производят только истирание. Если скорость вращения
175
мельницы слишком большая, мелющие тела и материал за счет центробежной силы прижимаются к стенке мельницы — измельчение происходить не будет.
Для получения тонкодисперсных порошков, а также для измельчения ковких материалов (например, металлического хрома), как уже отмечалось, целесообразно использовать вибрационные мельницы, которые работают на принципе истирания.
Производительность шаровой мельницы и стабильность гранулометрического состава конечного продукта зависят от многих факторов, в том числе от правильного набора мелющих тел, уровня заполнения объема мельницы шарами и материалом, от крупности и влажности материала, поступающего на измельчение, времени нахождения материала в мельнице, скорости вращения мельницы и др. Наилучшим решением является наличие достаточного количества мельниц с их специализацией по видам размалываемых материалов. При нормальном заполнении мельницы уровень загрузки (шары + материал) не должен доходить до цапфы на 15-20 мм, а шары при вращении мельницы должны издавать глухой звук. Звонкие удары указывают на недогрузку материала. Особенно отрицательно на производительность влияет наличие в мельнице уже измельченного материала, который, располагаясь при вращении мельницы по ее стенкам, создает прослойку, гасящую силу удара шаров.
Желательной формой кусков материала, подготовленного к измельчению, является остроугольная. Окатанные гладкие куски измельчаются трудно. Содержание влаги в материале, подготовленном к тонкому измельчению, не должно превышать 0,1%.
Одним из практически возможных вариантов подготовки материалов электродных покрытий является так называемый «совместный размол». При этом способе все компоненты покрытия после сушки, крупного и среднего дробления взвешивают, загружают в шаровую мельницу периодического действия и подвергают размолу. Считают, что при одновременном размоле происходит совмещение четырех технологических операций: размола, нейтрализации взрывоопасных материалов, пассивирования ферросплавов, сухого смешивания порошков. Режим совместного размола выбирают экспериментально. Например, для покрытия электродов марки УОНИ-13/55 в мельницах на 100 кг шихты шаровая загрузка составляет 150 кг (шары диаметром 40-60 мм — 90 кг, диаметром 90-110 мм — 60 кг), время размола 80-120 мин.
176
Возможно применение шаровых мельниц как с ручной, так и с механизированной загрузкой материалов. Материалы, поступающие в электродное производство в готовом виде, загружают в шаровую мельницу за определенное время до окончания процесса, что обеспечивает их нормальное смешивание с остальными компонентами [30, 31].
Недостатком такой технологии является, в первую очередь, невозможность определения (а следовательно, и соблюдения) требуемого гранулометрического состава отдельных компонентов шихты, возможность переизмельчения материалов, поступающих в виде готовых порошков, а также необходимость отдельного размола трудноразмалываемых материалов (например, металлического хрома), использование только мельниц периодического действия.
Ряд электродных предприятий достаточно успешно использовали совместный размол в течение многих лет: «Красный котельщик» (Таганрог); «Дальзавод» (Владивосток); Невский завод (С.-Петербург) и др.
Классификация измельченных материалов
Операция классификации предусматривает разделение материала по крупности после его дробления или измельчения. Для разделения кускового материала применяют грохоты, а мелкого материала — сита различной конструкции или воздушные классификаторы (сепараторы).
Наиболее широко распространены механические и вибрационные сита. Обычно при просеве на ситах получают два класса — надрешетный с размером частиц больше размера ячейки сита и подрешетный, содержащий частицы, размер которых меньше размера ячейки сита. Некоторые конструкции сит имеют несколько рабочих сеток (многодечные сита) и рассчитаны на получение нескольких классов материала по крупности.
Для большинства материалов на ситах можно обеспечить довольно полное выделение годной фракции. Такой фракцией является, как правило, для электродов диаметром 3,0 мм и более материал, не имеющий остатка на сетке с размером ячеек 400 мкм, для электродов меньших диаметров — на сетке с размером ячеек 315 мкм. Трудно это осуществить для материалов, склонных к слипанию (магнезит, доломит, мрамор, диоксид титана и др.). При их
12-9-423 177
просеве на вибрационных ситах с латунной сеткой, имеющей размер ячейки в свету 300 400 мкм, в надрешетном материале содержится много годного. Во всех случаях полнота выделения годного материала при просеве в большой степени зависит от свойств материала, в том числе от склонности к слипанию, его влажности, а также от равномерности подачи материала на площадь сетки.
При одной и той же конструкции сита его производительность определяет характеристика сетки. Обычно применяют сетки из латуни или из нержавеющей стали. По способу плетения различают сетки простого и саржевого плетения. В электродном производстве используют гладкие сетки простого плетения.
При быстром разъединении частиц во время рассеивания (аналогично — смешивания, выпуска из емкостей, передачи пневмотранспортом и пр.) возникают значительные электростатистичес-кие силы. При этом неметаллические порошки и оксиды, образующие кислоты, заряжаются положительно, металлические порошки и оксиды, образующие основания, заряжаются отрицательно. Для предотвращения накапливания электростатических зарядов, снижающих технологичность порошков на последующих технологических операциях, необходимо тщательное заземление оборудования, улучшение условий транспортирования и пр.
Механические сита. Существует большое количество конструкций механических сит, применяемых в электродном производстве. Основной принцип их работы заключается в передаче вращающимся кривошипом возвратно-поступательного движения рамке с натянутой на нее сеткой. Измельченный материал с помощью специального питателя или непосредственно из мельницы непрерывного действия с постоянной скоростью подается на сетку. Тонкий материал проходит через сетку и собирается в емкость, расположенную под ней. Крупный материал скатывается с сетки и попадает в другую емкость, из которой его передают на дополнительное измельчение. Схема механического сита приведена на рис. 43.
Техническая характеристика механического сита:
Размер сита, мм: длина.......................................1920
ширина......................................900
высота (с питателем).......................1280
Масса сита, кг.................................600
Размер сетки, мм..........................1000x400
Число колебаний сетки, кол/мин.................160
178
6
Рис. 43. Схема механического сита: 1 — сборник отсева; 2 -- амортизирующая пружина; 3 — ось колебания сита; 4 — рамка с натянутой сеткой; 5 — питатель; 6 — бункер; 7 — кривошип; 8 — шатун; 9 — корпус сита; 10 — контейнер для просеянного материала
Амплитуда колебаний сетки, мм.....................60
Производительность сита с сеткой 600 отв. в 1 см2, кг/ч:
по ферросплавам................................250
по полевому шпату.............................. 120
Для обработки труднопросеиваемых материалов возможно применение шнековых сит. Поступающий через горловину материал протирается между вращающимся шнеком, собранным из металлических щеток, и ситом с сеткой из нержавеющей стали. В конце шнека крупные частицы ссыпаются в тару для возврата в мельницу. Производительность сита 200-800 кг/ч при его следующих параметрах: скорость вращения шнека 0,33 об/с, габаритные размеры — 1450x500x450 мм, масса 185 кг. Срок службы щеток 4-6 мес.
Вибрационные сита в настоящее время нашли более широкое применение в электродных производствах, в первую очередь модели СВ 0,6 (рис. 44) и СВ-0,9. Они предназначены для рассева на
12*
179
Рис. 44. Схема вибрационного сита СВ-0,6
Таблица 42. Производительность вибрационных сит, м3/ч
Размер ячеек сеток, мм СВ-0,6 СВ-0,9
верхняя нижняя
2,0 0,63 0,3 0,7
2,0 0,315
1,0 0,315 0,2 0,5
1,0 0,16
0,63 0,16 0,1 0,3
0,63 0,1
0,315 0,1 0,04 0,1
0,315 0,063
0,16 0,045 0,01 0,02
0,1 0,045
180
несколько фракций материалов, не склонных к налипанию, крупностью до 30 мм.
Вибросито состоит из рабочего органа, вибровозбудителя 5, упругих связей 9, рамы 7 и двигателя 8. Рабочий орган включает набор цилиндрических обечаек 1 и просеивающих поверхностей в виде сеток, закрепленных на каркасах 2, собирающихся с помощью быстросъемных хомутов 3. Вращение валу вибровозбудителя передается от двигателя через упругую лепестковую муфту 6. Патрубки загрузки 10 и разгрузки 4 снабжены резиновыми герметизаторами 11. Характеристика сит приведена в табл. 42 [28].
Техническая характеристика вибрационных сит:
СВ-0,6 СВ-0,9
Наружный диаметр обечаек, мм.......600........... 900
Площадь просеивающей поверхности, м2.. 0,26......0,6
Количество фракций...................3.............3
Амплитуда колебаний на наружном
диаметре обечаек, мм:
вертикальная...................1-2,5...........1-2,5
горизонтальная...................1-2...........1-2
Частота колебаний, Гц
(кол/мин)...................22,8 (1370)...22,8 (1370)
Мощность двигателя, кВт...........0,75...........1,1
Габаритные размеры, мм.....1000x910x975.. 1250x1250x1330
Масса, кг.......................... 175..........240
Такие сита обеспечивают рассев с малым выделением пыли. Рационально их использование не только для непрерывного рассева, но и для контрольного просева материалов, поступающих в виде готовых порошков (рутил, слюда, КМЦ и пр.). Рабочий орган сит выполняют из коррозионностойкой или из углеродистой стали. Сита комплектуют сетками с размером ячеек по требованию заказчика; специальное приспособление для натяжения сеток облегчает их замену. Существуют аналогичные трехдечные сита, а также сита, работающие при избыточном давлении инертного газа. Для повышения работоспособности сит рационально устанавливать дополнительные защитные и несущие сетки.
Виброгрохот ГВ.00.000 (табл. 43) состоит из стационарной рамы с натянутыми над ней одно над другим ситами и электромагнитных возбудителей. Якори последних тросами связаны с ситами. Под ситами внизу грохота установлено пылеотсасывающее устройство.
181
Таблица 43. Техническая характеристика грохотов
Параметр ГВ.00.000 Геотехмех
Количество сит, шт. 3-5 1
Размер сита, мм 750x400 1100x450
Количество вибровозбудителей, шт. 3 6
Частота колебаний вибровозбудителей, Гц 50 50
Амплитуда колебаний якорей вибровозбудителей, мм До 1,5 До 1,5
Угол наклона сита, °:
первого 15 25 30-45
второго 25-30
третьего 35-40
четвертого 40-45
пятого 45-55
Мощность привода, кВт 0,3 0,6
Габаритные размеры, мм 1015x860x1530 1450x800x1595
Масса, кг 306 335
Размеры ячеек сит уменьшаются от верхнего к нижнему. Сита установлены в раме с возрастающими углами наклона. Разделение обычно производят на 2 или 3 класса крупности. При работе грохота самые тонкие частицы исходного материала не встречают сопротивления сит. Они проходят сквозь них вертикальным потоком. Крупные частицы сходят с верхнего сита. Промежуточные классы распределены секторами от верхнего сита к нижнему. Правильность разделения по заданной окружности обеспечивает установка оптимального числа сит, а также выбор необходимого угла их наклона и размера ячеек сеток.
Важным преимуществом описанного грохота является практическая независимость эффективности разделения от нагрузки. Это объясняется равномерным распределением материала по всему объему области грохочения. Материал при этом перемещается не слоем, а отдельными частицами.
Грохот СКТБ Института геотехнической механики НАН Украины с непосредственным вибровозбуждением сита (рис. 45) имеет корпус 6, на котором в шахматном порядке установлены электромаг-
182
нитные вибровозбудители 5, ситовую раму (подситник) 4 с натянутым ситовым полотном, загрузочную воронку 7, бункер 3 подрешет-пого и течку 8 надрешетного материалов. Корпус грохота установлен на раме 2 с возможностью изменения угла наклона при помощи талрепа 1. В бункере подрешетного материала расположено пылеотсасывающее устройство, повышающее эффективность грохочения и снижающее запыленность производственного помещения.
Толкатели вибраторов связаны с ситом при помощи пружинных шайб и эластичных прокладок. Вибровозбудители по длине сита разделены на три группы с автономным электрическим управлением, с помощью которого на обмотки электромагнитов каждой из групп подают однополупериодное выпрямленное напряжение. Регулирование амплитуды колебаний толкателей по группам производят путем ступенчатого (1-4 позиции переключателя) изменения напряжения в диапазоне 80- 200 В. Это позволяет повысить эффективность процесса при разделении различных материалов.
Для самоочистки сита на вибровозбудители периодически подают кратковременный импульс максимального напряжения непо-
183
Таблица 44. Показатели работы грохота СКТБ ИГТМ
Материал Угол наклона грохота, ° Удельная нагрузка по исходному материалу, т/(ч-м2) Содержание зерен класса +0,4 мм в подрешетном продукте, % Содержание зерен класса -0,4 мм в надрешетном продукте, %
Мрамор 38-41 1,9-7,5 0,4-0,5 9,2-14,2
Кварцевый песок 38-35 1,0- 2,2 0,0-0,5 74-33
Рутиловый концентрат 38-37 3,6-4,8 0,0-0,1 12-22
Плавиковошпатовый концентрат 40-38 3,3-6,0 0,1-0.4 9-11
Слюда 35 0,3-0,5 5 8-10
средственно от питающей сети, минуя регуляторы напряжения. При этом происходит ударное взаимодействие якоря и электромагнита, т. е. реализуется режим самоочистки. Длительность его регулируют реле времени в пределах 0,5-2 с, время между встряхиваниями 1-60 мин [32].
Ситовая рама представляет собой сварную конструкцию, на которой после натяжения специальным приспособлением закреплено сито. Между рамой и ситом уложен картон, предохраняющий сетку от повреждений. Конструкция грохота герметична. Бункер подрешетного материала закреплен в нижней части ситовой рамы. В его задней стенке имеется съемная крышка.
При работе грохота исходный материал подают в загрузочную воронку. Материал транспортируется по ситу тонким слоем, поэтому равномерно распределяется по ширине грохота.
В зависимости от требований к продуктам разделения и свойств перерабатываемого материала выбирают следующие параметры грохота: размеры отверстий сита, угол наклона грохота, положение переключателей электрического напряжения, подаваемого на обмотки электромагнитов при длительной работе и в режиме само
очистки, разрежение пылеотсоса, продолжительность встряхиваний и интервалы времени между ними.
Показатели работы грохота приведены в табл. 44; исходная производительность по мрамору при разделении по граничной крупности 400 мкм составляет 3 т/ч.
Воздушные классификаторы (сепараторы). В настоящее время воздушную классификацию невзрывоопасных порошковых
184
материалов, используемых в массовых количествах (например, мрамора), применяют в электродных производствах все реже.
Принцип действия воздушного сепаратора легче всего проследить на схеме его совместной работы с шаровой мельницей непрерывного действия (рис. 46).
Из бункера 1 в полую цапфу шаровой мельницы 10 материал подается на измельчение. При вращении мельницы материал начинает измельчаться. Его тонкие фракции выносятся из мельницы воздушным потоком, создаваемым мощным вентилятором 6. По трубе 9 частицы поступают в сепаратор 3, ударяются о преграду (обычно из бетона) и при этом теряют скорость.
Площадь сечения между внутренней стенкой сепаратора и трубой существенно больше площади внутреннего сечения трубы, поэтому и скорость потока воздуха на этом пути резко снижается. Вот почему сравнительно крупные частицы материала падают вниз и по трубе 2 возвращаются на доизмельчение.
Мелкие частицы с потоком воздуха поднимаются вверх и попадают в установленные последовательно циклоны-осадители 4, в ко
185
торых скорость потока воздуха снижается еще больше. Поэтому частицы осаждаются в бункер готового продукта 5. Наиболее тонкие фракции, не осажденные циклоном, вместе с потоком воздуха направляются в камеру 7, где задерживаются рукавными фильтрами 8, изготовленными из специальной фильтровальной ткани. Воздух через фильтры поступает в вентилятор и выбрасывается в атмосферу. Специальным устройством рукавные фильтры периодически встряхиваются, и пылевидная фракция шнеком подается в бункер готового продукта или иную емкость.
Грануляцию годного материала регулируют, изменяя скорость вращения вентилятора, а также специальными шиберами. Чем меньше скорость воздушного потока, тем мельче готовый материал.
Такая схема позволяет выделить два класса материала по крупности: осажденный в циклонах и осажденный в рукавном фильтре. Третий класс крупности может быть выделен из возврата, поступающего из классификатора на доизмельчение.
Большим преимуществом является отсутствие пылевыделения в рабочую зону, поскольку вся система находится под разряжением, создаваемым вентилятором. Наличие в системе рукавных фильтров также обеспечивает высокую степень очистки воздуха, выбрасываемого в атмосферу.
Применение таких установок при надлежащей герметизации узлов возможного пылевыделения позволяет вести процесс измельчения материала по замкнутому циклу.
Рассмотренные схемы эффективно могут использоваться только при измельчении какого-либо одного материала. Перевод установки на другой материал связан со значительными затратами времени на отладку режима работы мельницы и большими потерями материала. Последнее также возможно и при недостаточной квалификации персонала.
Эти схемы нельзя применять при измельчении взрывоопасных материалов без инертных добавок.
Питатели. Для подачи дробленого материала в мельницы непрерывного действия и измельченного материала — на классификацию применяют питатели различных систем. Питатель представляет собой дозирующее устройство, используемое для равномерной подачи материала из бункера к транспортирующим или перерабатывающим механизмам. Основное требование к питателям — это равномерность подачи материала, возможность изменения скорости подачи и эксплуатационная надежность конструкции.
186
Выбор конструкции питателя определяется видом материала, для которого он предназначен, размером и геометрией частиц. Поэтому не существует универсальных питателей, в равной мере пригодных для всех операций и материалов.
Лотковый питатель предназначен для питания шаровых мельниц непрерывного действия материалами после их крупного и среднего дробления с размером кусков не более 20-30 мм (рис. 47).
Лоток 1, расположенный под бункером 3 с мелкокусковым материалом, жестко скреплен со стержнем 6 и может совершать колебательные движения вокруг оси 5. При вращении мельницы ролик 8 перемещается по скошенному торцу полой цапфы 7. Пружина 2, действуя на лоток 1, прижимает ролик к торцу цапфы, что дает возможность преобразовать вращательные движения цапфы в колебательные движения лотка. При перемещении лотка в одну сторону материал из бункера высыпается в лоток, при обратном перемещении материал стряхивается с лотка в цапфу, внутренним шнеком которой передается в мельницу на измельчение. Регулировку количества подаваемого материала производят специальным болтом 4, изменяющим амплитуду колебаний лотка с материалом.
Тарельчатый питатель. Этот питатель пригоден для питания механических и вибрационных сит измельченными материалами. Питатель прост в изготовлении и эксплуатации и обеспечивает равномерную подачу материалов для их классификации. Схема питателя приведена на рис. 48.
Питатель работает следующим образом: па вращающийся в горизонтальной плоскости диск 5 из бункера 4 насыпается материал.
187
Скребок 2 сбрасывает часть материала в приемное устройство 1. Количество сбрасываемого материала регулируют положением скребка и высотой подъема манжеты 3. Чем выше поднимается манжета, тем больше насыпается материала на диск. Это приводит к увеличению количества сбрасываемого материала.
Лопастные питатели. Лопастные питатели пригодны для подачи пылевидных, зернистых и кусковых материалов с размерами кусков до 40 мм. Питатели позволяют достаточно точно регулировать
188
количество подаваемого материала. Однако для этой цели необходимо изменять частоту вращения лопастей, что представляет определенные трудности. Такие питатели можно рекомендовать для какого-либо одного установившегося процесса. Принципиальная схема лопастного питателя приведена на рис. 49.
Барабанные питатели. Барабанные питатели (рис. 50) предназначены для подачи измельченного или мелкокускового материала. Они пригодны для питания механических сит, так как материал высыпается на сетку по всей длине цилиндрического барабана и распределяется равномерно по ширине сетки.
Подачу материала регулируют специальной заслонкой. Следует отметить, что лучше работают барабаны с шероховатой поверхностью. Барабаны с гладкой шлифованной поверхностью работают значительно хуже и подают материал с перебоями.
Шнековые питатели. Принцип действия шнековых питателей основан на том, что при вращении шнека материал получает осевое перемещение и извлекается из бункера. Шнековые питатели эффективны для перемещения порошковых материалов. Их целесообразно применять на линиях дозировки компонентов сухой шихты. Схема горизонтального шнекового питателя показана на рис. 51
Вибропитатели предназначены для равномерной подачи с регулируемой производительностью сыпучих материалов. В частности питатели типа ПВ характеризуют возможность как плавного, так и
189
ступенчатого регулирования производительности и мгновенное прекращение подачи материала при выключении вибровозбудителя, в качестве которого применен стандартный асинхронный электродвигатель. Техническая характеристика питателя ПВ-0,15: размеры рабочего органа — длина 950-2000, диаметр трубы 150 мм; потребляемая мощность 65-100 Вт, масса 35-60 кг, максимальная производительность (по песку) 3 м3/ч.
Для межоперационного перемещения сыпучих материалов необходима специальная тара, которая обеспечивала бы идентификацию порошков, гарантию от загрязнения, увлажнения, сохранность, соблюдение норм по запыленности воздуха. Таким требованиям отвечает, например, специальный непылящий контейнер Гипрометиза с объемом загружаемого материала 0,15-0,2 м3, габаритными размерами 570x570x1100 мм при массе 125 кг. Контейнер снабжен системой каналов, обеспечивающих выравнивание давления при пересыпании материалов в замкнутой системе «контейнер-бункер». Следствием этого является минимизация объемов пыли, выбиваемой через уплотнения системы.
Особенности переработки некоторых материалов
Измельчение и транспортирование взрывопожароопасных материалов. Пылевидные фракции некоторых материалов, таких как металлический марганец, малоуглеродистый и среднеуглероди
190
стый ферромарганец, ферротитан, способны образовывать с воздухом взрывоопасные смеси (см. гл. 14). Для переработки этих материалов используют следующие способы: измельчение в среде инертных газов (чаще всего азота); измельчение с инертными добавками; совместное измельчение всех компонентов, входящих в состав покрытия электродов; измельчение в мокром процессе [33].
На практике измельчение в мокром процессе применяют весьма ограниченно - лишь при переработке ферромарганца па старых электродных предприятиях. Как уже отмечалось, такой процесс сопровождается высокими потерями материала, его применение нежелательно по экологическим соображениям.
Совместный помол также нашел ограниченное распространение в мельницах периодического действия. В мельницах периодического действия производят размол всех взрывоопасных материалов с добавлением в объем мельницы не менее 6% инертной добавки, в качестве которой обычно служат плавиковый шпат, мрамор, полевой шпат и т. и. Инертная добавка может быть дробленой на дробилке, но более целесообразно добавлять ее измельченной в мельнице.
При измельчении взрывопожароопасных материалов в мельницах периодического действия наиболее опасным является момент открывания загрузочного люка мельницы.
В целях обеспечения большей безопасности люк мельницы следует открывать не ранее чем через 15 мин после остановки мельницы, когда осядет пылевидная фракция измельченного материала. Особую опасность представляет измельчение влажного ферросилиция и ферромарганца, когда при разогреве материала в процессе измельчения возможно выделение газов, способных к самовозгоранию.
Измельчение слюды. Слюда, которую иногда поставляют в виде чешуйчатого концентрата, крайне плохо измельчается в шаровых мельницах. Поэтому ее, наоборот, измельчают с увлажнением. Практикой выработан прием достаточно эффективного измельчения слюды-чешуйки в вибропомольных установках, работающих в периодическом цикле, с се увлажнением 0,4 -1,0% воды. Процесс измельчения продолжается 15-20 мин. По истечении этого времени готовый материал по пневмосистеме транспортируется в бункер готового продукта.
Измельчение ковких материалов. Учитывая низкую эффективность измельчения ковких и трудно измельчаемых материалов (феррованадия, хрома металлического, ферровольфрама и др.) в обычных шаровых мельницах, желательно их измельчение прово
191
дить в две стадии. На первой стадии предварительно измельчают материал в обычных мельницах с шаровой загрузкой, рассчитанной на работу шаров преимущественно ударом.
Окончательное доизмельчение проводят в вибрационных мельницах. При двустадийном измельчении на первой стадии идет подготовка материала для питания вибрационной мельницы (размер куска не больше 3-5 мм), а на второй стадии получают порошкообразный материал требуемой крупности.
При измельчении в шаровых мельницах ферросплавов и металлов следует иметь в виду еще одно важное обстоятельство: попадание в измельчаемый материал металла шаров при их истирании. Этот переход может быть значителен (по некоторым данным до 0,5-2 кг/т) [34] и должен быть учтен при пересчете покрытий электродов с высокой степенью легирования через покрытие. После измельчения и усреднения концентрация основных легирующих может отличаться от установленной входным контролем для данной партии материала. Например, содержание хрома в феррохроме в замерах снижалось с 67,8 до 63,2%, с 66,5 до 64% (в разных партиях) [35]. При использовании чугунных шаров для размола материалов с низким содержанием углерода (металлического хрома и др.) происходит загрязнение углеродом и т. д.
Требования к гранулометрическому составу измельченных материалов
Гранулометрический состав компонентов сухой шихты — это важнейший и часто определяющий фактор технологичности электродов при изготовлении и применении. Рациональные требования к составу должны учитывать: способность рудоминеральных компонентов при их перемешивании с жидким стеклом обеспечивать получение обмазочных масс с необходимыми пластическими свойствами; химическую активность ряда металлов и ферросплавов в среде жидкого стекла; особенности тугоплавких металлов и ферросплавов, предназначенных для легирования наплавленного металла.
Грануляция рудоминеральных компонентов. Молекулы измельченных рудоминеральных компонентов, расположенные на плоских поверхностях кристаллов или на поверхностях с малой кривизной, взаимодействуют с жидким стеклом, главным образом, за счет сил поверхностного натяжения. Молекулы, находящиеся на
192
ребрах кристаллических частиц некоторых компонентов, могут иметь валентную ненасыщенность, знак и величина которой определяется видом компонента. Часть поверхности, занимаемая такими молекулами, невелика и зависит от степени измельчения. Чем тоньше помол компонентов, тем более заметную часть суммарной поверхности занимают молекулы с валентной ненасыщенностью. Можно полагать, что если частицы компонентов имеют участки, заряженные отрицательно, то прочность их связи с жидким стеклом (рН=11,0-11,8) будет ослаблена. (Напомним, что символом pH обозначают водородный показатель — величину, характеризующую характер среды: при рН=7 среда нейтральна, при меньших значениях — кислая, при больших — щелочная). По мере снижения значения отрицательного заряда до нуля и возникновения положительного заряда прочность связей будет возрастать.
Знаки и относительные значения зарядов основных рудоминеральных компонентов, определенные по значению pH их водных суспензий, приведены ниже.
Средние значения pH водных суспензий рудоминеральных компонентов
Компонент pH
Магнезит сырой................................10,3
Мрамор.........................................9,6
Тальк..........................................8,4
Слюда-мусковит.................................8,2
Полевой шпат...................................7,5
Рутил..........................................7,5
Кварц..........................................7,3
Двуокись титана................................7,0
Силикагель.....................................6,8
Плавиковый шпат................................6,8
Высокие значения pH суспензий магнезита и мрамора объясняют низкие пластические свойства обмазочной массы электродов с основным покрытием, характеризующимся большим содержанием карбонатов. Возможно, что это частично связано с небольшой растворимостью карбонатов в воде и последующей их диссоциацией (pH фильтрата магнезита 8,7, мрамора 7,6).
Повышенное значение pH слюды, казалось бы, противоречит ее применению в качестве пластифицирующей добавки. Однако наличие плоскостей скольжения и относительно малая протяжен
13-9-423
193
ность острых валентно-ненасыщенных границ листовой слюды, повышая pH суспензии, мало снижает действие сил поверхностного натяжения. Известно, что переизмельчение слюды приводит к резкому снижению ее пластифицирующих свойств.
Значение pH суспензий рутила и кварца, незначительно превышающее 7,0, очевидно связано с наличием примесей.
Из всех суспензий рудоминеральных компонентов, применяемых в электродном производстве, значение рН<7 имеет измельченный кусковой плавиковый шпат. Это говорит о его способности к образованию более прочной связи с жидким стеклом по сравнению с другими компонентами и особенно — с карбонатами. Чем прочнее связь, тем тоньше может быть измельчен компонент. Например, сухая шихта электродов типа УОНИ-13 должна содержать тонко-измельченные плавиковый шпат и кварц. Мрамор должен в основном иметь сравнительно крупные фракции размером 0,15-0,30 мм. Тонкие фракции мрамора следует вводить в ограниченном количестве, достаточном для беспрепятственного послойного течения массы с толщиной слоя, равной диаметру крупных частиц (см. гл. 9).
Специального рассмотрения заслуживает вопрос о применении флотированного плавикового шпата — плавиковошпатового концентрата для производства электродов. Наличие на его поверхностях частиц флотореагентов отрицательно влияет на смачиваемость водой и жидким стеклом. Наблюдались случаи, когда в готовой обмазочной массе имелись мелкие слипшиеся комочки концентрата, затруднявшие ее течение. По данным МОСЗ, количество флотореагентов, контролируемое содержанием углерода, изменяется в различных партиях и даже в различных упаковочных местах одной поставки в самых широких пределах: от 0,06 до 0,26%.
Для разрушения органических флотореагентов плавиковошпатовый концентрат следует прокалить при температуре 500 600°С. Это резко снижает содержание в нем углерода (в 3 6 раз) и остаточной щелочности (в 2-3 раза) в пересчете на NaOH, что незначительно снизит модуль жидкого стекла. Прокаленный концентрат хорошо смачивается не только жидким стеклом, но и водой. Его тонкая фракция (-0,05 мм) при достаточном количестве обладает высокими пластифицирующими свойствами. Прокалка улучшает и сварочно-технологические свойства электродов [36].
Грануляция металлических материалов. Требования к размерам металлических порошков, вводимых в покрытие, зависят, главным образом, от их физических свойств и выполняемых при сварке
194
Рис. 52. Степень окислениости частиц различного размера в результате взаимодействия с окислителями: 1 - неокисленная область частицы; 2 — окисленный слой
функций. Для лучшего выполнения функций раскислителя требуется увеличение поверхности взаимодействия, т. е. как можно меньшие размеры частиц порошка. Однако переизмельчение металлических материалов может привести к сквозному окислению частиц уже на стадии хранения готовых порошков или на технологических операциях цикла изготовления электродов (рис. 52). В табл. 45 приведены данные по относительной окисленности порошков ферромарганца в зависимости от крупности зерен [37].
Для уменьшения потерь на окисление материалов, выполняющих функцию легирующих компонентов, необходимо увеличение размеров их частиц. В то же время чрезмерное увеличение приводит к технологическим трудностям при изготовлении электродов, снижает их сварочно-технологические свойства и может ухудшить свойства металла шва. В связи с этим требования к одному и тому же материалу по грануляции могут быть принципиально различны в зависимости от выполняемых в покрытии функций.
Таблица 45. Относительная окисленность ферромарганца
Размер зерен, мкм Ферромарганец
низкоуглеродистый доменный
700 200 1 1
170160 1 1,49
160-70 2,25 4,46
70-60 2,51 6,72
<60 8,52 6,72
13*
195
Грануляция активных металлов и ферросплавов. К таким материалам в первую очередь относят наиболее распространенные ферромарганец, ферросиликомарганец и ферросилиций. Они должны иметь возможно меньшее содержание пылевидных фракций, способных взаимодействовать с жидким стеклом с выделением газов. Однако содержание крупных фракций должно быть также ограничено, так как последние, повышая переход элементов в шов, одновременно снижают степень его раскисленности.
Грануляция тугоплавких металлов и сплавов. Тугоплавкие металлы и ферросплавы (хром, молибден, вольфрам, феррованадий и др.) имеют температуру плавления, превышающую температуру плавления стержня и основного металла. При их введении в сухую шихту следует учитывать возможность перехода частиц, в первую очередь расположенных на периферии электродного покрытия, в ванну, минуя высокотемпературную плазму дуги. В результате они не растворяются полностью в расплавленном металле и остаются в виде включений (рис. 53), снижая механические свойства сварных соединений [38]. Поэтому рекомендации по грануляции таких металлов и ферросплавов необходимо особо тщательно соблюдать.
Для электродов малого диаметра требуются более мелкие материалы. Требования к гранулометрическому составу подготовленных порошков компонентов в общем виде приведены в табл. 46. При анализе требований к гранулометрическому составу следует иметь в виду, что при промышленных способах измельчения всегда получается полидисперсная система — комплекс частиц различного гранулометрического состава. Принципиально распределение
Рис. 53. Микроструктура наплавки с нерасплавившейся частицей вольфрама; у 300
196
ф 3 ж с и тонких гкиий >мм), % I О со Ф э 1 ше 40 1 I 1 1 1 I 1 1 I
<3 очень фрс (<0,0< 2 О И О
покрытия -005 До ю Свыше 75 Остальное Свыше 80 1 До 15 Остальное До ю До 5 До 20 30 -60 20-50 30-60 До 2,5 До 20
:ому составу компонентов >ом 3-6 мм 005 Ф О Е До 10 До 20 До 20 До 30 ф с к ное ф с к До 5 До 30
'итах, % гит по ГОСТ 6613-86 01 \0063 Осталь Остальное До 50 Остальное о [о 20 Ф о к л й ф ф с д из 3 из В ф о Осталь Осталь ф пальное
ж к о 016 ьные О 00 о №1 О к из 5 ф металлы ф о Остальнс ф о До 5 До 20 О Остальнс Ост
Р ц Н fl я ° S о Номера С\ гдоминерал От 60 д До 1,0 Свыше 25 До 0,5 О До 20 осплавы и До 20 ДоЗ СО с с о ДоЗ
5 О £• ся я ь 2 и и л я S 0315 а? О с До 0,3 О о О о О Ферр До 5 До 5 До 0,5 о До 2 о До 15 До 0,5
S о О о о о о о О О О о О о О О
св
1 Таблица 46. Требог Наименование компонентов Мрамор (крупный) S ф 3 & Он S Доломит, магнезит, глинозем Плавиковошпатовый концентрат Рутил, ильменит Слюда Кварц Ферросилиций Ферромарганец, металлический марганец, ферросиликомарганец Ферротитан, феррониобий Ферромолибден, феррованадий Металлический хром Металлический молибден Алюминиевый порошок Феррохром
«
197
Рис. 54. Распределение частиц по размерам, оцениваемое просевом через набор сит I-VI
частиц по размерам имеет вид кривой (рис. 54), близкой к кривой нормального распределения, но деформированной в области крупных частиц [39]. Последние отсеивают на ситах и направляют на повторный размол. При использовании многодечных сит возможно избирательное выделение нужных фракций, однако такая операция часто бывает весьма трудоемка. Для электродов диаметром 1,6 2,5 мм гранулометрический состав отличается отсутствием остатка на сите № 0315 по ГОСТ 6613-86. Контрольный просев компонентов для электродов диаметром 3-8 мм производят через сито № 04.
На каждом предприятии требования к грансоставу компонентов конкретизируют с учетом специфики производства.
Соответствие гранулометрического состава компонентов, подготовленных к дозировке, нормам постоянно контролируют. Ни один из известных методов определения гранулометрического состава (гранулометрический или дисперсионный анализ) не охватывает весь диапазон дисперсности. Наиболее точен и оперативен метод лазерной дифракции. Для порошков, используемых в электродном производстве, наиболее применяем ситовой анализ, позволяющий определять частицы размером более 40 мкм. Дополняя этот анализ определением удельной поверхности, можно получить достаточную информацию об интересующем материале. Соотношение, связывающее диаметр частиц с удельной поверхностью, для частиц сферической формы имеет вид:
Os = 6<5,
где 5 — удельная поверхность; — плотность компактного материала.
198
Ситовой анализ проводят, например, на наиболее распространенном и простом приборе модели 029 («Ротап»). Прибор позволяет просеивать навески компонента через систему вращающихся и встряхиваемых сит (рис. 55).
Прибор представляет собой аппарат, на котором просеивают навески компонента при вращении эксцентрикового вала 9 со скоростью 300 об/мин и при 180 ударах рычага 5 в минуту. На станине 10 смонтирован электродвигатель 1, который через муфту сцепления 2 передает движение эксцентриковому валу и встряхивающему механизму. Сита 4 устанавливают на столике 8, накрывают сверху крышкой 7 и закрепляют гайками 6. Помимо вращательного движения столик производит возвратно-поступательное движение с помощью кулисы 3. Сита комплектуют сетками по ГОСТ 6613-86 контрольной точности изготовления.
Контролируемый материал отбирают после операции классификации из бункера. Пробу массой около 300 г отбирают щупом или совком с глубины 100-200 мм в нескольких местах: в центре и четырех углах на расстоянии более 150 мм от стенок.
Отобранную пробу передают в лабораторию, где ее предварительно обрабатывают. Пробу тщательно перемешивают методом перекатывания на листе бумаги и высыпают в форме конуса на ровную площадку. Далее этот конус раздавливают сверху плоской поверхностью так, чтобы получился равномерный по толщине (примерно 5 мм) слой материала, который делят на квадраты па
199
раллельными линиями на расстоянии 2 см друг от друга во взаимноперпендикулярных направлениях. Из квадратов, расположенных в шахматном порядке, для проведения анализа берут материал в количестве 100 г.
В зависимости от вида материала и наличия в его гранулометрическом составе частиц размером менее 50 мкм ситовой анализ проводят сухим или мокрым способом. Сухому ситовому анализу подвергают компоненты, в гранулометрическом составе которых преобладает материал, имеющий остаток на сите № 005, и плотность которого сравнительно велика. Материалы же, которые содержат в преобладающих количествах частицы, проходящие через сито № 005, во избежание забивания сит с мелкими ячейками подвергают мокрому ситовому анализу.
Рекомендуемый способ ситового анализа для различных материалов:
• мокрый способ — гематит, доломит, магнезит обожженный, марганцеворудный концентрат, мрамор, никелевый порошок, плавиковошпатовый концентрат, полевой шпат, слюда мусковит, молотый тальк;
• сухой способ — алюминиевый порошок, глинозем, кристаллический графит, железный порошок, ильменитовый концентрат, кварцевый песок, лигатура желсзохромбор, металлический марганец, рутиловый концентрат, ферробор, феррованадий, ферровольфрам, ферромарганец, ферромолибден, феррониобий, ферросиликомарганец, ферросилиций, ферротитан, феррохром, металлический хром.
Методика определения зависит от применяемого способа анализа. '
При сухом способе комплект сит собирают сверху вниз в последовательности, указанной в табл. 47. Внизу устанавливают тазик, обозначаемый минус 005.
На верхнее сито № 2,5 помещают навеску испытуемого материала. Набор сит устанавливают на поддон прибора, плотно накрывают крышкой и укрепляют гайками. Включают мотор прибора на 10 мин. После остановки набор сит высвобождают и снимают с поддона. Поочередно сверху вниз снимают сита и опорожняют в отдельные емкости. Частицы, застрявшие в отверстиях сита, высвобождают с помощью мягкой кисточки и помещают туда же. Материалы с каждого сита, а также остаток в тазике, прошедший через самое мелкое сито, взвешивают на одночашечных весах марки
200
Таблица 47. Последовательность установки и характеристика сит
Номера сит по ГОСТ 6613-86 Номинальный размер стороны ячейки в свету, мкм Число ячеек на 1 см2 сетки
2,5 2500 11,2
1,6 1600 22,6
1 1000 51
063 630 116
04 400 320
0315 315 445
02 200 980
016 160 1482
01 100 3906
0063 63 9428
005 50 13526
ВЛМК-220 или аналогичных с точностью до 0,05 г. Результаты (%) заносят в журнал. Результаты достоверны, если общие потери компонента при анализе не превышают 2% (2 г).
При мокром способе навеску переносят на сито № 005 и промывают рассеянной струей холодной воды. При этом материал с крупностью менее 50 мкм вместе с водой проходит через сито. Промывку продолжают до тех пор, пока выходящая из-под сита вода не станет прозрачной. После этого материал, оставшийся в сите, сушат вместе с ситом при температуре 100 °C. Затем взвешивают сито с материалом и без материала. Разность определений даст массу материала крупнее 50 мкм. Вычтя из исходной навески полученную цифру, находят массу более мелкого материала в исходном компоненте, совпадающую по абсолютному значению с его процентным содержанием. Просушенный материал крупнее 50 мкм анализируют по сухом}' методу.
Для проведения ситового анализа могут быть использованы также многофункциональный вибрационный универсальный стенд СВУ-2, анализатор А-20 и др. Более современные автоматические приборы (сканирующий фотоседимснтограф или лазерный дифракционный анализатор размера частиц) позволяют оперативно получать готовые данные в табличном и графическом виде.
201
Способы снижения активности (пассивирование) порошковых материалов
Известно, что многие материалы, применяемые в качестве компонентов покрытия электродов, взаимодействуют с водными растворами жидкого стекла, обладающими щелочной реакцией. В первую очередь это относится к таким металлам и ферросплавам, как ферросилиций, малоуглеродистый и среднеуглсродистый ферромарганец, металлический марганец, мелкодисперсный алюминий, кремнистая медь и др., реагирующим с жидким стеклом с выделением водорода (рис. 56) и теплоты [40]. Активность перечисленных материалов зависит от их химического состава и способа производства. Например, активность ферросилиция возрастает по мере увеличения содержания в нем кремния. При содержании кремния 25-30% он практически весь находится в виде силицидов железа (FeSi), поэтому активность ферросилиция невелика. По мере увеличения содержания кремния активность ферросплава непрерывно растет, и при содержании кремния 75% (марка ФС 75) его применение в покрытиях практически невозможно.
В результате реакций, протекающих между жидким стеклом и активными материалами, обмазочная масса теряет рабочие свойства, быстро твердеет и вспучивается, а покрытие, нанесенное на стержень, вспухает. По этой причине прочность покрытия резко падает и не отвечает требованиям стандарта, ухудшаются сварочнотехнологические свойства электродов.
Степень взаимодействия зависит не только от химического состава применяемого материала. Она в большей степени определя-
Рис. 56. Кинетика выделения газа V при взаимодействии порошков ферросплавов с натриево-калиевым жидким стеклом плотностью 1400 г/см3 при температуре 70°С
202
ется его гранулометрическим составом, а также модулем (см. гл. 7) применяемого жидкого стекла. Чем тоньше измельчен материал, тем более развита поверхность его взаимодействия с жидким стеклом. Чем ниже модуль жидкого стекла, тем больше его щелочность и, следовательно, выше его химическая активность. Повышение температуры также способствует развитию соответствующих химических реакций.
Методика определения активности порошковых материалов и растворов жидкого стекла тождественна, только для порошков используют выдержанные эталонные растворы связующего.
Предварительной обработкой порошковых материалов можно снизить их активность при взаимодействии с растворами жидкого стекла. К таким способам обработки относят: водный способ пассивирования, при котором порошковый материал обрабатывают водой, а лучше — водным раствором сильных окислителей; пассивирование нагревом порошковых материалов в окислительной атмосфере; длительную выдержку измельченного материала до его использования.
Пассивирование активных материалов водным раствором сильных окислителей. Этот способ широко применяют на практике, он обеспечивает удовлетворительные результаты.
В качестве окислителей используют марганцевокислый калий КМпО4 (перманганат калия) и двухромовокислый калий К2Сг2О7 (хромпик). Растворимость этих реагентов пропорционально зависит от температуры. Растворимость перманганата калия в воде при 20 °C составляет 6%, а хромпика — 11,1%.
Эти оксиды диссоциируют в водном растворе с образованием ионов кислорода, которые окисляют поверхность частиц материала, снижая тем самым их активность в среде жидкого стекла. Обычно обработку порошков растворами окислителей проводят в противнях. Режимы обработки ферромарганца, металлического марганца, ферросилиция, кремнистой меди приведены ниже.
Режимы пассивирования сильными окислителями
Толщина слоя обрабатываемого материала, мм......50 60
Слой раствора над материалом (после перемешивания), мм.. 10
Температура раствора, °C........................60-80
Время обработки, ч................................2-3
Температура сушки материала после слива избытка раствора, °C............. 100 110
Продолжительность процесса......До полного высыхания
203
В процессе влажной обработки могут выделяться вредные газы. Поэтому обработку порошков хромпиком или марганцевокислым калием и сушку влажного материала необходимо производить в помещениях, оборудованных приточно-вытяжной вентиляцией. Пользование открытым огнем в местах обработки материала запрещено.
Часто вместо снижения активности порошковых материалов снижают активность раствора жидкого стекла, для чего в него вводят раствор хромпика или марганцевокислого калия. Хромпик вводят в автоклав в процессе разварки силикатной глыбы из расчета 3 кг хромпика на 1 т глыбы. Иногда раствор марганцевокислого калия вводят в жидкое стекло непосредственно во время приготовления обмазочной массы. Количество раствора зависит от характеристик жидкого стекла, состава покрытия и может колебаться от 5 до 10 см3 на 1 л жидкого стекла.
Однако в современных условиях использование хромпика не может быть рекомендовано, в первую очередь по экологическим соображениям. Кроме того, на практике при пассивировании некоторых партий ферросилиция его активность не только не подавлялась присадкой хромпика в жидкое стекло, но даже существенно возрастала |41].
Пассивирование материала нагревом. При сравнительно длительном нагреве порошков активных ферросплавов в атмосфере воздуха поверхность их частиц окисляется. Толщина оксидной пленки весьма мала и измеряется тысячными долями миллиметра, но и этого бывает достаточно для весьма существенного снижения активности ферросплавов в среде жидкого стекла. Тепловой способ обработки порошковых материалов позволяет механизировать процесс, что дает возможность оздоровить условия труда и стабилизировать параметры обработки порошковых материалов. Пассивирование нагревом наиболее целесообразно производить в муфельной вращающейся печи с внешним подогревом при слое материала до 40 мм, времени нахождения при рабочей температуре, составляющей 600-650 °C для ферросилиция и 350-380 °C для ферромарганца и марганца металлического, 12-16 мин.
В процессе пассивирования в муфельной печи при ее вращении материал непрерывно перемещается, что обеспечивает равномерность тепловой обработки. Заданные режимы времени тепловой обработки проще всего регулировать наклоном муфеля. Чем больше угол его наклона, тем меньше время пребывания материала в
204
муфеле. Активность материалов после их обработки по указанным режимам снижается более чем в три раза.
Снижение активности материалов в процессе их длительного вылеживания. Практикой установлено, что свежеизмельченные порошковые материалы отличаются особенно высокой химической активностью в среде жидкого стекла. Это относится не только к уже перечисленным активным материалам, но и к таким, казалось бы, инертным материалам, как мрамор. Снижение активности ферросилиция, ферромарганца и других ферросплавов и металлов можно объяснить их медленным пассивированием кислородом воздуха. Однако снижение активности мрамора и улучшение опрессо-вываемости электродов с основным покрытием после вылеживания мрамора в течение 7—10 сут этим объяснить нельзя.
Рядом электродных производств рекомендованы технологические параметры выдержки мрамора и ферросилиция, обеспечивающие снижение активности и облегчение опрессовки электродов: минимальная длительность выдержки соответственно 30 и 7 сут при максимальной толщине слоя материала 40 см. Для ферросилиция пассивирование вылеживанием рекомендуют только, если нельзя применить другие способы.
Следует отметить, что успешная работа заготовительного отделения во многом определяется рациональным выбором и размещением оборудования. В качестве примера приведем организацию заготовительного отделения в Дубровицком ООО «Агротехсервис», где проходят переработку более 80 материалов при их общих невысоких объемах потребления и технологических запасов [42].
В схеме переработки (рис. 57) принята контейнерная система межоперационной передачи и хранения подготовленных материалов. Технологический контейнер с саморазгрузочным конусным затвором 2 вместимостью 150 дм3 проходит путь от загрузки кусковых или порошкообразных материалов до весовой системы 10. Вторая группа контейнеров-смесителей используется от весовой до смесителей мокрого смешивания. Оставшиеся порошки или их смеси для изготовления данной марки материала могут храниться в номерных контейнерах. Как показал опыт работы при этой схеме, практически нет ручной переработки порошков, а подготовка (размол, просев, взвешивание шихты) обеспечивает качественные показатели и исключает обезличивание материалов. В подготовительном отделении установлено шесть шаровых мельниц 7 с непрерывным просевом, сблокированных с контрольными виброситами
205
К волочильному стану
К бегунковому смесителю и электродообмазочному агрегату АОЭ-3
z11
Рис. 57. Технологическая схема подготовки шихты: 1 — склад сыръя; 2 — кюбель -смеситель; 3 — рельсовая тележка; 4 — щековая дробилка; 5 — грузовой лифт; 6 — подвесной кран; 7 — шаровая мельница с непрерывным просевом; 8 — вибрационное сито; 9 — накопительный бункер; 10 — весовой модуль; 11 — смеситель сухой шихты
бункеров 9, шесть сит 8 для контрольного просева сыпучих материалов и установка автоматического дозирования материалов по заданной рецептуре. Количество мельниц и сит выбрано из условия исключения случайного загрязнения одних материалов другими. Материалы с высоким содержанием углерода или бора перерабатывают на отдельных линиях.
206
Глава 7.
Разварка силикатной глыбы и приготовление растворов жидких стекол
Общие сведения о жидком стекле
Одним из важнейших материалов при производстве электродов является жидкое стекло. В качестве связующего оно служит необходимым компонентом подавляющего большинства электродов, его применяют при всех способах нанесения покрытия. Вязкость и клейкость, регулируемые в широких пределах, высокие адгезионные характеристики, неорганическое происхождение, низкая стоимость — вот главные преимущества использования жидкого стекла для изготовления электродов. Вяжущие свойства жидкого стекла обусловлены его способностью к самопроизвольному отвердеванию с образованием искусственного силикатного камня. Уникальной способностью жидкого стекла считают его высокие адгезионные свойства к подложкам различной химической природы.
Наряду с ценными технологическими свойствами жидкие стекла экологичны, негорючи и нетоксичны; исходное сырье для их получения доступно. Поэтом}' жидкие стекла широко используют не только в промышленности (машиностроение, целлюлозо-бумажная промышленность, производство катализаторов, синтетических моющих веществ и пр.), строительстве (приготовление бетонов, инъекционных составов для укрепления грунтов и др.), но и, например, в живописи.
Жидкое стекло известно давно, но начало его производства связано с именем немецкого химика Фукса, который в 1820 г. сплавлением щелочи и кремнезема получил силикат* щелочных металлов,
* Силикат — соль кремниевой кислоты, от слова «силиций» - кремний
207
названный им «растворимым стеклом». Стекло этого вида было еще ранее получено алхимиком Базилиусом Валентиносом (1520 г.), приготовившим его сплавлением виннокаменной соли калия с порошком кремниевого камня, но оно не получило тогда практического применения.
В сплавленном виде растворимое стекло внешне очень походит на обыкновенное стекло, но, в отличие от последнего, будучи в измельченном состоянии подвергнуто совместному действию воды и высокой температуры, переходит в раствор. Это свойство связано с отсутствием или минимизацией в его составе силикатов кальция, магния, железа и других веществ, придающих стеклу нерастворимость.
В отечественной практике производство жидкого стекла включает два самостоятельных передела, реализуемых на предприятиях различного профиля: производство силикат-глыбы (растворимых силикатов) — на силикатных заводах и производство собственно жидкого стекла в виде соответствующих растворов — на предприятиях-потребителях.
Силикатная глыба представляет собой сплав кремнезема (SiO2) с содой, поташом или сульфатом натрия, получаемый в стекловаренных ванных печах при температуре до 1450 °C. В качестве кремнезема обычно используют чистый песок, реже — пылевидный кварц (горная мука — маршалит). Неблагоприятными примесями в песке являются глина, щелочные алюмосиликаты, карбонаты, железосодержащие минералы, повышающие содержание в стекле оксидов А12О3, FeO, СаО, отрицательно влияющих на его растворимость. В зависимости от вида щелочесодержащего компонента (сода, поташ или сульфат натрия) получают глыбу различного вида и состава. Необходимость применения при производстве электродов стекла различного вида продиктовано существенными различиями как его свойств, так и свойств изготовленных с его использованием электродов.
Применительно к электродному производству сульфат натрия не используют, так как сульфатную или содово-сульфатную глыбу отличает повышенное содержание серы. При использовании соды и поташа в различных соотношениях получают натриевую, комбинированную натриево-калиевую, калиево-натриевую или калиевую глыбу. Используют кальцинированную соду (безводную) по ГОСТ 5100-85, а также безводный поташ по ГОСТ 10690-73. При производстве натриево-калиевой и калиево-натриевой силикат-глыбы возможно применение содово-поташной смеси, содержащей более 93% K2CO3 + Na2CO3 и являющейся побочным продуктом
208
переработки нефелиновых руд и концентратов на глинозем [43]. Образование щелочных силикатов может быть представлено следующей реакцией: R2CO3 + nSiO2 = R2O-SiO2 + CO2, где R — натрий (из соды — Na2CO3) или калий (из поташа — К2СО3).
Известно также литиевое жидкое стекло, применение которого в качестве связующего электродных покрытий обеспечивает низкую гигроскопичность последнего и, соответственно, низкое содержание диффузионного водорода в наплавленном металле. В отечественной практике его не применяют из-за высокой стоимости, а также из-за определенного ухудшения стабилизирующих свойств электродных покрытий [44]. Силикаты калия, наоборот, являясь самым эффективным стабилизатором электродугового разряда, повышают гигроскопичность электродных покрытий.
Силикатную глыбу выплавляют, как правило, в многотонажных ванных печах. Силикатообразование и последующее формирование силикатной глыбы являются многостадийными процессами. Для растворения кварца в силикатном расплаве и формирования расплава, соответствующего заданному составу (табл. 48), требуется температура до 1250 °C. Для осветления стекломассы (удаления видимых газовых включений) и ее гомогенизации (получения химически и физически однородной массы) необходимо повышение температуры стекла до 1400 °C. При этой температуре и происходит выработка стекломассы для получения силикат-глыбы.
Следует отметить, что по условиям выплавки глыбы (процесс ведут с подачей шихты в начало ванны при непрерывном сливе расплава из конца ванны) перевод печи на выплавку глыбы другого состава вызывает значительные трудности, так как неизбежно сопровождается выходом продукта переменного состава. По этой причине такой переход осуществляют редко. Попадание в электродное производство глыбы ненормированного переменного состава чревато серьезными технологическими проблемами. Понятно, что стекольные заводы, располагающие несколькими печами, имеют возможность их специализации.
В зависимости от способа разливки расплавленной массы силикатную глыбу получают или в виде крупных кусков (разлив в тележки, в формовочный конвейер, куда подают воду), или в виде гранул (выпуск расплавленной массы из печи тонкой струей на грануляционный конвейер). Гранулированная силикатная глыба обладает большей растворимостью, так как в процессе разливки расплавленная масса подвергается гидратации.
14 - 9-423
209
210
По внешнему виду силикатная глыба представляет собой бесформенные однородные прозрачные куски, не имеющие видимых механических включений. Цвет силикатной глыбы определяет состав и количество примесей, присутствующих в исходном сырье (обычно в песке) или переходящих из футеровочных материалов печи. Основными оксидами, окрашивающими силикатную глыбу, являются оксиды железа. Оксид FeO придает ей сине-зеленый цвет, оксид Fe2O3 — желто-зеленый. Желтоватый цвет придают глыбе сернистые соединения, коричневый — частицы углерода из топлива. При отсутствии примесей глыба бесцветна.
Примеси оказывают большое влияние на свойства силикатной глыбы, особенно на ее растворимость в воде. Содержание в глыбе суммы оксидов CaO, MgO, Fe2O3, А12О3 не должно превышать 1%; при их содержании больше 5% глыба в воде практически нс растворяется.
Основной характеристикой силикатной глыбы конкретного вида, определяющей ее свойства и свойства соответствующего жидкого стекла, является силикатный модуль М. В общем виде модуль представляет отношение числа молекул (ч. м.) SiO2 к числу молекул R2O, где R — калий, натрий или их сумма. Это можно записать формулой М = ч. м. SiO2 / ч. м. R2O.
Используемое при производстве электродов жидкое стекло по величине модуля условно делят на три группы: низкомодульпое (М 2,7-2,9), среднемодульное (М2,9-3,1), высокомодульное (М 3,1-3,5). Модуль силикатной глыбы определяют в соответствии с методиками стандарта и технических условий, приведенных в табл. 48. Модуль может быть определен также исходя из следующих соображений. Количество оксидов R2O в навеске глыбы определяется титрованием ее водного раствора соляной кислотой НС1. При этом на каждую молекулу R2O расходуется две молекулы НС1 независимо от вида щелочного металла. Поэтому ч. м. R2O = ч. м. НС1/2. Подставляя в формулу вместо ч. м. R2O равное значение ч. м. НС1/2, получим М = 2 ч. м. SiO2/4. м. НС1.
Если обозначить процентное содержание в глыбе SiO2 через Z1? а расход НС1 на титрование глыбы в % массы ее навески через Z2, то модуль глыбы с учетом молекулярных масс SiO2 и НС1 соответственно 60,085 и 36,461 получим М = (Zj/Z2)-1,2136.
Формула для определения модуля глыбы является универсальной. Она пригодна для натриевых, калиевых и комбинированных силикатных глыб. Здесь необходимо отметить точку зрения, общепризнанную в настоящее время специалистами в химии раствори
мых силикатов. Считается, что результат химического взаимодействия часто невозможно свести к ряду химических реакций в привычном для химиков выражении. Это связано с тем, что модуль раствора жидкого стекла лишь формально характеризует сложный состав раствора, полимерный состав и превращения в котором большей частью неизвестны. Кроме того, продукты реакции имеют некристаллическое аморфное состояние. При этом результат взаимодействия реагентов зависит не только от их химической природы, но и от нехимических факторов (порядка смешения реагентов, их начальной концентрации, скорости перемешивания при смешении и пр.), частных тонкостей технологии. Гелеобразование на границе взаимодействующих или смешиваемых фаз приводит к осложнениям при гомогенизации системы [43]. С изложенными обстоятельствами и связано большинство проблем, возникающих при применении жидкого стекла в электродном производстве.
Длительное воздействие атмосферной влаги разрушает силикатную глыбу. Процессы при взаимодействии щелочных силикатов с влагой и углекислым газом (его содержание в атмосфере составляет 0,03-0,04%) могут быть описаны уравнениями
R2O nSiO2 + тлН2О = 2ROH + nSiO2 (m-l)H2O;
2ROH + CO2 = R2CO3 + H2O.
Для натриевого стекла в атмосферных условиях характерно образование белых высолов, состоящих, преимущественно, из кристаллогидратов карбоната натрия.
Образующиеся щелочные соединения легко растворяются атмосферными осадками и безвозвратно теряются: на поверхности кусков глйбы образуется плотный осадок из кремнезема SiO2; первоначально прозрачная глыба мутнеет. При длительном хранении силикатной глыбы на открытом воздухе снижается ее растворимость в воде и резко возрастают потери, вызванные увеличением количества нерастворившихся остатков. Процесс разрушения силикатной глыбы протекает тем полнее и быстрее, чем меньше куски, ниже модуль и меньше примесей в глыбе. Особая тщательность необходима при организации хранения гранулята калиевой и калиево-натри-евой глыбы. Часто калиевая и калиево-натриевая глыбы, даже имеющие высокий модуль, в процессе хранения превращаются в монолит, при этом происходит активное разрушение их поверхности.
’Полимеры — высокомолекулярные химические соединения, состоящие из однородных:, повторяющихся групп атомов.
212
Растворение силикатной глыбы
Принципиально, при определенных условиях, силикаты щелочных металлов смешиваются с водой в самых разных соотношениях. Основная сложность заключается в гомогенизации полученной системы. Однако в холодной воде силикатная глыба практически нерастворима. Она начинает заметно растворяться только при температуре воды 60-70 °C, дальнейшее повышение температуры сопровождается увеличением растворимости глыбы.
Растворение силикатной глыбы — сложный физико-химический процесс. Растворение глыбы в воде начинается с выщелачивания ее поверхностных частиц, что можно представить уравнением R2O -nSiO2 + Н2О = 2ROH + z?SiO2. Образующаяся щелочь ROH растворяется в воде, кремнезем SiO2 выпадает в осадок на поверхности глыбы. Выщелачивание происходит более интенсивно при пониженном модуле и повышенной температуре.
Одновременно с выщелачиванием начинается гидратация силикатной глыбы (процесс соединения в первую очередь поверхностных молекул с водой), что может быть представлено уравнением R2O nSiO2 + mH2O = R2O • nSiO2 • mH2O.
Гидратация силикатной глыбы происходит тем быстрее, чем ниже ее модуль, выше температура и мельче куски. Гидратированные поверхностные слои глыб сравнительно легко растворяются в воде, облегчая тем самым гидратацию нижерасположенных слоев. Гидратированные молекулы глыбы, находящиеся в растворе, частично гидролизуются, т. е. расщепляются на щелочь и коллоидальный кремнезем. Этот процесс схематически можно описать уравнением R2O nSiO2 • mH2O = 2ROH + nSiO2 • (m-l)H2O.
Концентрация щелочи, образующейся в результате выщелачивания и гидролиза глыбы, находится в определенном равновесии с концентрацией растворенной гидратированной глыбы и концентрацией агрегатов частиц, образованных из SiO2 и Н2О. Это равновесие в первую очередь определяет вид исходной глыбы (натриевая, калиевая, комбинированная) и ее модуль.
Растворы силикатной глыбы с модулем меньше 2 близки к истинным растворам, т. е. таким, в которых частицы растворенного вещества имеют молекулярные размеры. Растворы глыбы с указанным модулем характеризуются повышенной щелочностью. Это препятствует образованию крупных коллоидных комплексов, обеспечивающих клейкость и состоящих, главным образом, из SiO2 и
213
Н2О. Поэтому даже высококонцентрированные растворы глыбы с модулем меньше 2 нс обладают клеющими свойствами.
Растворы силикатной глыбы с большим модулем приобретают клеющие свойства. Это связано с появлением крупных ионизированных комплексов, образованных большим количеством молекул SiO2 и Н2О и некоторым количеством ROH, которые стабилизированы щелочной средой, содержащей положительные ионы Na, К по отдельности или совместно. При очень высоких модулях растворов силикатной глыбы отрицательно заряженные комплексы будут весьма крупными. В связи с пониженной щелочностью жидкой среды ее стабилизирующее действие снижается. В результате растворы будут иметь склонность к разрушению под влиянием различных факторов. Это проявляется в выпадении из раствора аморфного кремнезема и потере его клеющих свойств. Поэтому для электродного производства можно рекомендовать использование силикатной глыбы с модулем от 2,8 до 3,2. При модуле глыбы, заключенном в указанном интервале, получаемые растворы обладают достаточно высокими клеющими свойствами и в то же время мало склонны к разрушению.
Физико-химические свойства растворов жидкого стекла
При изготовлении сварочных электродов жидкое стекло выполняет ряд функций, оказывающих определяющее влияние на основные технологические операции — опрессовку и термообработку электродов. Являясь связующим, придающим обмазочным массам требуемые рабочие свойства, растворы жидкого стекла делают покрытие готового электрода механически прочным, а при определенных режимах термообработки и влагостойким. Сухой остаток жидкого стекла, содержащийся в покрытии готового электрода, существенно влияет на стабильность процесса сварки, на свойства и состав наплавленного металла, а также на физико-химические свойства образующихся шлаков. Он способствует насыщению металла шва кремнием за счет протекающего кремневосстановительного процесса, а также насыщению металла водородом за счет влаги, удерживаемой им в покрытии.
Влага довольно прочно удерживается сухим остатком жидкого стекла (массовой долей вещества после выпаривания и соответст-
214
вующей прокалки). На рис. 58 показан график зависимости остаточной влаги от исходного ее содержания в натриевом жидком стекле с модулем 2,9 и плотностью 1,485 г/см3 при различных температурах сушки (до постоянной массы). При этом условно принято, что при температуре 600 °C остаточная влажность равна нулю. Например, сушкой при 300 °C можно снизить содержание влаги только до 4-5% от исходной при любой продолжительности времени сушки. Эта влага является основной причиной наводоражива-ния сварных швов.
Растворы жидкого стекла характеризует ряд основных подлежащих контролю параметров: вид, модуль, вязкость, плотность. Значительно реже контролируют клейкость жидкого стекла, а также его щелочность, определяемую значением pH и связанную с концентрацией водородных ионов. Экспериментально установлено, что при изменении модуля натриевого жидкого стекла от 2,7 до 3,2 при плотностях, используемых в электродном производстве, pH изменяется от 11,8 до 11,0. Объем знаний о физико-химических характеристиках разных видов жидкого стекла, применяемых в электродном производстве, в последние годы значительно расширен за счет системных исследований, выполненных, главным образом, в ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины [44-50 и др.|.
Вид жидкого стекла определяет состав используемой силикатной глыбы (с.м. табл. 48). Жидкое стекло может быть также приготовлено смешиванием в желаемых пропорциях стекол двух видов, например, натриевого с калиевым и т. д.
215
Модуль жидкого стекла, определяемый аналогично модулю силикатной глыбы, также является ведущей характеристикой материала. По абсолютной величине при правильно проведенной разварке он близок к модулю исходной силикат-глыбы. Некоторое снижение модуля связано с образованием в ходе растворения кремнеземистых осадков.
Плотность жидкого стекла измеряют в г/см3 ареометром типа АОН-1 с ценой деления не более 0,01. Измерять плотность жидкого стекла ареометром с большей ценой деления, например 0,1, недопустимо, так как изменение его плотности уже в 0,02-0,03 г/см3 может весьма существенно сказаться на свойствах стекла. После измерения плотности ареометр должен быть немедленно помещен в чистую теплую воду, так как жидкое стекло, засохшее на поверхности ареометра, трудно удаляется с нее. Кроме того, при длительном контакте стеклянного ареометра с щелочной средой жидкого стекла возможно разрушение поверхности ареометра. Все это приводит к снижению точности показаний.
Определять плотность жидкого ссекла желательно при одной и той же температуре, равной 20 °C; это связано с весьма существенной зависимостью плотности жидкого стекла от температуры. При невозможности доведения температуры натриевого жидкого стекла до 20 °C замеряют его фактическую температуру и плотность при этой температуре. Затем плотность жидкого стекла приводит по следующей приближенной формуле к его плотности при 20 °C: р2о = рт + О>ООО56(Т-2О), где р2о — плотность жидкого стекла при 20 °C, г/см3; рт — замеренная плотность жидкого стекла при Т °C, г/см3; Т — температура жидкого стекла, °C.
Графики зависимости плотности натриевого и калиево-натрие-вого жидкого стекла от температуры [51], приведенные на рис. 59, могут быть использованы для приближенного определения плотности жидкого стекла при интересующей температуре по результатам ее замера при другой температуре.
В литературе иногда встречается определение плотности в градусах Боме. Зависимость между плотностью р (г/см3) жидкого стекла и градусами Боме (°Ве) выражается формулой р = 145/(145 - °Ве).
При течении жидкости между ее слоями возникает внутреннее трение. Его мерой является коэффициент вязкости или коэффициент внутреннего трения Т|, который выражается в паскаль-секундах (Па с) или сантипуазах (сП); 1 Па с= 1000 сП = 1000 мПа-с.
Для истинных растворов значение коэффициента вязкости Т| — постоянная величина в широком диапазоне скоростей течения.
Рис. 59. Зависимость плотности р жидкого стекла от температуры: а — натриевое; б - калиево-натриевое
Жидкое стекло является коллоидным раствором, в связи с чем значение коэффициента вязкости зависит от скорости перемещения его слоев и имеет относительный характер. Поэтому для получения сопоставимых результатов вязкость жидкого стекла следует замерять каким-либо одним методом.
При движении тела в вязкой жидкости сопротивление перемещению зависит от ее вязкости. Когда сила, создающая движение, постоянна, скорость перемещения определяет вязкость среды. Измеряя ее, можно судить о вязкости жидкости. Исходя из этого, удобным является определение вязкости методом падающего шарика, например, на простейшем вискозиметре конструкции МОСЗ (рис. 60). Вискозиметр представляет собой стеклянную трубку длиной 700 750 мм с внутренним диаметром 30-40 мм. Трубку с заглушенным нижним концом устанавливают в строго вертикальном положении в штатив. В задней стенке штатива имеется узкая прорезь шириной 3-4 мм для подсвечивания жидкого стекла с целью наблюдения за движением в нем металлического шарика. На стеклянной трубке нанесены два тонких несмываемых штриха на расстоянии 500 мм друг от друга. Верхний штрих наносят на расстоянии 100—120 мм от верхнего обреза трубки.
217
Рис. 60. Вискозиметр МОСЗ: 1 — основание;
2 — подсвечивающая стойка;
3 — вертикальная прорезь в стойке;
4 — электролампочки;
5 — мерные риски (штрихи);
6 — стеклянная трубка
Вязкость жидкого стекла определяют при температуре 20±ГС. После доведения температуры жидкого стекла до указанной стекло заливают в трубку на 5-8 мм ниже ее верхнего среза. После всплывания пузырьков воздуха из жидкого стекла в него по оси трубки опускают металлический шарик и секундомером замеряют время его падения (движения) в жидком стекле меяаду двумя штрихами. Таких замеров делают не менее трех.
Вязкость Т] в сантипуазах в первом приближении, согласно закону Стокса, определяют по формуле Т|=200(р-ро)§г2/9т>, где р — плотность шарика, г/см3; р0— плотность жидкого стекла, г/см3; г — радиус шарика, см; g — ускорение свободного падения, см/с2; v — скорость движения шарика, см/с.
При применении стальных шариков с плотностью 7,875 г/см3 определенного диаметра, например 3,15 мм, формула после упрощения примет вид Т)=10,8-(7,875 - p0)t, где Т] — вязкость жидкого стекла, сП; t — время движения шарика между двумя штрихами на стеклянной трубке, с.
Значение коэффициента К, равное 10,8, пригодно только для шарика диаметром 3,15 мм. Применение шариков другого диаметра потребует пересчета коэффициента. Однако следует иметь в виду, что при диаметре более 3,4 мм полученные значения Т| будут несколько отличаться от его значения, определенного с использованием шарика диаметром 3,15 мм. Это связано с особенностями коллоидных растворов. Значение коэффициента К в формуле вязкости жидкого стекла может быть также определено по графику (рис. 61).
218
Рис. 61. Значения коэффициента К в формуле вязкости жидкого стекла в зависимости от диаметра шарика dlu
Более совершенным является прецизионный вискозиметр с падающим шариком типа Хепплера, например модели ВН2.
На практике также успешно используют вискозиметрические воронки с определенным диаметром отверстия. Такая воронка подлежит предварительной калибровке по прецизионному вискозиметру с построением индивидуального калибровочного графика. Вязкость определяют временем истечения жидкого стекла из воронки до момента разрыва сплошности струи с последующим нахождением значения вязкости по калибровочному графику, построенному в координатах вязкость (сП) — время истечения (с).
Вязкость жидких стекол существенным образом зависит от температуры растворов. Эта зависимость в интервале практически возможных температур от 15 до 40 °C для натриевых и калиево-натри-евых жидких стекол приведена на рис. 62. Эти графики могут быть использованы для приближенной оценки вязкости жидкого стекла, например при температуре 20 °C, по ее значению, определенному при какой-то другой температуре. Графики показывают, что вязкость особенно резко возрастает при относительно низких температурах. Представленные зависимости во многом определяют в последующем поведение обмазочных масс в процессе опрессовки.
Из различных макросвойств растворов жидкого стекла вязкость в наибольшей степени отражает различие структур кремнезема в растворах заданного состава. Но для их полной оценки этого недостаточно. Поэтому важное значение для электродчиков имеет связь, существующая между тремя характеристиками жидкого стекла: плотностью, вязкостью и модулем. Эта связь для натриевого жидкого стекла представлена на рис. 63. На горизонтальной оси графика отложены значения плотности жидкого стекла р, на вертикаль-
219
Т], мПа-c
3800
3600
3400
3200
3000
2800
2600
2400
2200
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200 I
15 20 25 30 35 Т,‘С
Рис. 62. Зависимости вязкости жидкого натриевого (а) и калиево-натриевого (б) стекла от изменения температуры
220
ной — значения вязкости Т|. Кривые являются линиями модулей, значения которых указаны на графике. Зная какие-либо две характеристики, по графику можно определить третью. Например, модуль жидкого стекла равен 2,8, а его плотность составляет 1,45, требуется определить вязкость жидкого стекла. Для этого следует двигаться сверху вниз по кривой, соответствующей модулю 2,8, до точки пересечения с вертикальной прямой плотности 1,45. От найденной точки нужно провести горизонтальную прямую линию до пересечения с осью вязкости. Приближенно получим значение вязкости 270-280 сП. По известным значениям вязкости и плотности оценим модуль жидкого стекла: например, модуль жидкого стекла, имеющего при плотности 1,475 г/см3 вязкость 1000 сП, составляет 2,9.
Аналогичная взаимосвязь характеристик калиевого, калиево-натриевого и натриево-калиевых жидких стекол приведена соответственно нарис. 64-66 [46].
Клейкость растворов жидкого стекла характеризует возможность обеспечения сырой прочности готовой обмазочной массы, т. е. способности электродного покрытия проходить технологические операции без разрушения. За приближенную меру клейкости жидкого
т], мПа-с
5000
4600
4200
3800
3400
3000
2600
2200
1800
1400
1000
600
200
Рис. 64. Взаимосвязь характеристик калиевого жидкого стекла
221
222
стекла можно принять массу шнура из обмазочной массы эталонного состава, выдавливаемую с постоянной скоростью через калиброванное отверстие диаметром 6 мм в дне цилиндра до отрыва шнура под действием силы тяжести. Как уже отмечалось, жидкое стекло с модулем меньше двух клеющими свойствами не обладает. Высокие значения клейкости натриевого жидкого стекла, например, обеспечиваются при модуле 2,9-3,1 и вязкости соответственно 1000-700 сП.
При замораживании растворов жидкого стекла нарушается однородность концентрации по высоте слоя за счет образования и всплывания льда. При оттаивании жидкого стекла наблюдается снижение его вязкости и клейкости, несмотря на тщательное перемешивание. Полное замерзание жидкого стекла происходит при температуре, на несколько градусов ниже 0 °C. Температуру замерзания определяют вид, модуль и плотность стекла. По этим причинам растворы жидкого стекла следует хранить в помещениях и транспортировать при положительных температурах.
Жидкое стекло с модулем ниже примерно 3,5 обладает хорошей адгезией к большинству материалов, причем хорошее смачивание материала обеспечивает и высокую адгезию в затвердевшем состоянии. Саму смачиваемость можно оценить количеством жидкости, поглощаемой определенной навеской порошка материала в расчете на единицу его массы или удельной поверхности. При этом смачиваемость водой и жидким стеклом находится в прямой пропорции — приращение количества потребного жидкого стекла в сравнении с водой для большинства компонентов составляет 3,5-4,5. Хорошо смачивается жидким стеклом кварц, слюда, ферромарганец, прокаленный (оптимально при 400 °C) флюоритовый концентрат, хуже — ферротитан, плохо смачиваются мрамор, ферросилиций. (Улучшение смачиваемости прокаленного флотационного флюоритового концентрата объясняется выгоранием с поверхности частиц остатков флотореагентов, в первую очередь жирных кислот).
Смачиваемость комбинированным стеклом лучше для всех порошков, кроме слюды [52]. Сажа, жиры, воски не смачиваются, что объясняет требования к чистоте поверхности электродных стержней. Прочность структуры покрытия, образовавшейся после высыхания при обычной температуре, зависит от многих факторов. Характер разрушения электродного покрытия определяется физикомеханическими свойствами как жидкого стекла, так и компонентов покрытия и материала стержня. В табл. 49 приведены данные о прочности склеивания силикатом натрия различных металлов.
223
Таблица 49. Прочность склеивания силикатом натрия различных металлов, МПа [43]
Модуль, М Вид испытания Время сушки, сут Никель Мягкая сталь Чугун Медь Бронза Алюминий
2,45 Растяжение 17 1,4 1,4 1,4 2 1,4 1,4
Сдвиг 17 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4
2,9 Растяжение 17 3,5 3,5 3,5 4,1 3,5 2,7
Сдвиг 17 2,7 3,5 2,7 3,5 2,7 2,7
3 Растяжение 26 6,9 8,3 7,6 6,9 9,7 6,2
Сдвиг 26 4,1 5,5 4,1 7,6 6,2 3,5
3,3 Растяжение 26 9 9 7,6 9,7 10,4 4,8
Сдвиг 26 5,5 6,2 5,5 6,9 8,3 4,8
Химическая активность жидкого стекла зависит от присутствия в нем свободной или почти свободной щелочи, а также воды. Низкомодульное жидкое стекло, имеющее на одну молекулу R2O меньшее число молекул SiO2, т. е. большую щелочность, обладает большей химической активностью.
Взаимодействие растворов жидкого стекла с компонентами электродных покрытий
Следствием химической активности жидкого стекла является его взаимодействие с многими материалами, применяемыми в качестве компонентов электродных покрытий. Мерой химической активности может служить значение pH, зависящее от концентрации ионов водорода. Однако практическое определение величины pH в среде жидкого стекла затруднено в связи с налипанием на регистрирующие элементы измеряющего прибора коллоидных частиц жидкого стекла.
Практикой работы МОСЗ установлено, что относительной мерой химической активности испытуемого раствора жидкого стекла может служить количество газа, выделяющегося при взаимодействии его с навеской ферросилиция марки ФС45, принятого за эталон. Для этой цели свежеизмельченный ферросилиций, прошедший
224
через сито № 0315 и оставшийся на сите № 02 (-315+02), в количестве 5 г насыпают в пробирку и заливают 10 см3 испытуемого жидкого стекла. Ферросилиций тщательно перемешивают с жидким стеклом, после чего пробирку плотно закрывают пробкой со вставленной в нее стеклянной трубкой с резиновым шлангом. Пробирку помещают в термостат, предварительно нагретый до температуры 80 °C. Свободный конец резинового шланга подводят под бюретку, заполненную водой. В результате взаимодействия кремния ферросилиция с щелочью жидкого стекла протекает реакция с выделением водорода: Si + 2NaOH + Н2О = Na2SiO3 + 2Н2. Выделяющийся водород собирается в бюретке. Активность жидкого стекла оценивают количеством газа, выделяющегося в течение 10 мин при 80 °C.
Следует еще раз отметить, что определение химической активности жидкого стекла носит относительный характер, так как количество выделенного водорода зависит не только от активности жидкого стекла, но также от активности ферросилиция, принятого в качестве эталона.
При эталонном жидком стекле может быть определена относительная активность порошков компонентов покрытий.
В результате взаимодействия жидкого стекла с материалами покрытий электродов обмазочные массы теряют пластичность, затрудняется или становится невозможной опрессовка электродов; покрытие поражается трещинами, становится хрупким, а иногда и вспухает. В процессе сушки и прокалки на покрытии электродов также возможно появление выколов и других дефектов. Степень взаимодействия зависит от состава и характеристик растворов жидкого стекла, для порошкообразных материалов — от их состава, крупности и состояния поверхности, а для ряда материалов, в т. ч. карбонатов, — от их минералогического происхождения. Во всех случаях степень взаимодействия растет с увеличением температуры и времени. Из применяемых в производстве ферросплавов и металлических порошков, кроме ферросилиция, активны алюминий, малоуглеродистый ферромарганец и металлический марганец, при взаимодействии с которыми могут, как и с ферросилицием, протекать реакции с выделением водорода. И все же наиболее высокой активностью в среде жидкого стекла обладает ферросилиций, именно по этой причине он выбран в качестве эталонного материала в методике определения активности жидкого стекла.
Поскольку на железо и его силицид (FeSi) растворы едких щелочей не действуют, взаимодействие происходит лишь с кремнием.
15-9-423
225
Например, содержание в 45%-м ферросилиции свободного кремния, не вступившего в соединение с железом, составляет около 5%. При прочих равных условиях большей активностью будет обладать ферросилиций, содержащий большее количество свободного кремния. По этой причине ферросилиций марки ФС-75 не может быть использован для производства электродов. Для одного и того же сплава степень взаимодействия определяет модуль раствора жидкого стекла. Она возрастает по мере снижения последнего.
Помимо активности сплавов, большое влияние на процесс газо-выделения оказывает крупность ферросплавов. Дело в том, что реакция между жидким стеклом и порошком ферросплава протекает на поверхности их контакта. Поэтому, чем мельче ферросплав, тем больше величина поверхности и тем более активно протекает реакция взаимодействия.
Известно, что в некоторых случаях под действием влаги сплавы, содержащие в своем составе фосфор, выделяют обладающий специфическим запахом ядовитый фосфористый водород, который может вызвать отравление. Свойство высококремнистых сплавов разлагаться под действием влаги (в т. ч. и атмосферной) необходимо учитывать при организации хранения кускового и особенно измельченного сплава, обеспечивая тщательное вентилирование мест хранения.
Присутствие фосфора и в марганце также может привести к выделениям фосфористого водорода. Поэтому при организации хранения ферромарганца необходимо выполнять те же меры безопасности, что и при хранении ферросилиция. Значительно менее активными являются высокоуглеродистые сорта ферромарганца.
Взаимодействие с водой и растворами жидкого стекла металлического марганца и ферромарганца может быть представлено в общем виде уравнением Мп + 2Н2О = Мп(ОН)2 + Н2. Наличие примесей кремния и алюминия активизирует реакцию. Взаимодействие алюминия с растворами жидкого стекла может быть описано уравнением 2ROH + 2А1 + 2Н2О = 2RA1O2 + ЗН2.
С понижением модуля раствора реакции со всеми металлами и сплавами активизируются. Активность таких реакций зависит от состояния поверхности порошков и может быть снижена длительным их выдерживанием или специальной обработкой.
Металлы, стойкие против воздействия щелочей, стойки и против действия растворов жидких стекол — железо, хром, кобальт, никель, вольфрам. Малоактивны и сплавы железа с титаном, бором, молибденом, ниобием, хромом.
226
Разрушительно действует на растворы жидкого стекла присутствие электролитов, например наличие в молибденовом порошке даже незначительного количества молибдата аммония, связанное с технологией получения данного порошка. Активно могут взаимодействовать с растворами жидкого стекла измельченные минералы, руды и концентраты. Следует учитывать рост активности свежеиз-мельченных порошковых материалов, у которых нарушены межкристаллические и межмолекулярные связи, что можно наблюдать по ярко выраженной щелочной реакции дистиллированной воды, в которую помещен, например, свежеизмельченный мрамор.
Взаимодействие углекислоты воздуха с растворами жидкого стекла может протекать по схеме CO2 + R2O-mSiO2H2O = R2CO3 + mSiO2 Н2О. С ростом модуля жидкого стекла ускоряется процесс его разрушения.
Взаимодействие может быть вызвано также наличием следов различных активных технологических добавок, применяемых в процессе обработки материалов. Например, при использовании концентратов, полученных флотационной обработкой, разрушающее действие на растворы жидкого стекла могут оказать следы флотореагентов.
Изложенное показывает, что одной из мер стабилизации процесса изготовления электродов является применение оптимально измельченных и выдержанных материалов, а также контроль их качества.
Способы растворения силикатной глыбы и применяемое оборудование
Любая технология приготовления жидкого стекла должна обеспечивать систематическое воспроизведение состава и требуемых физико-химических и технологических характеристик получаемых растворов. Основным способом промышленного производства жидкого стекла является автоклавное растворение в воде силикатной глыбы. На малых предприятиях часто используют безавток-лавный (открытый) способ растворения. В последнее время в небольших производствах начинают применять способы получения растворов при механическом обновлении реагирующих поверхностей. Принципиально возможно прямое растворение кремнезсмсо-держащих компонентов в едких щелочах с получением сразу требу-
15*
227
Рис. 68. Влияние модуля на скорость растворения натриевого стекла
<0.15 0,15- 0,3-0,6- 0,6- 3,0-
0,30 06 0,8 1,2 5,0 Размер зерен,мм
Рис. 69. Влияние крупности силикат-глыбы состава Na2O-2,8SiO2 на время растворения
2 3 4 5 6 7 8
Соотношение силикат:вода
Рис. 70. Зависимость скорости растворения силикат-глыбы от первоначального соотношения масс силикат -вода
228
емых растворов. При кажущейся простоте такой способ характеризуют нестабильность технологического процесса, более низкое качество готового продукта, и в практике электродного производства его применяют единично [53].
Глыбу под давлением растворяют в стационарных или во вращающихся автоклавах. Растворение под давлением обеспечивает значительное повышение температуры и скорости процесса (рис. 67). Во всех случаях время и полнота растворения зависят от модуля (рис. 68), состава, количества примесей, крупности кусков глыбы (рис. 69), давления, температуры и количества воды, взятой для растворения (рис. 70). Время растворения растет с увеличением модуля, содержания в глыбе примесей типа RO и R2O3, размера кусков глыбы. При одинаковых модуле, крупности, содержании примесей и условиях растворения натриевая глыба растворяется медленнее, чем калиевая или комбинированная (калиево-натрие-вая или натриево-калиевая). Для загрузки глыбы целесообразно использование контейнера, схема которого показана на рис. 71.
Для ускорения процесса растворения глыбы желательно применять деминерализованную (умягченную) питьевую воду или воду, предварительно обработанную пермутитом (искусственным алюмосиликатом). Это снижает жесткость воды и приводит к выпадению в осадок в виде накипи содержащихся в воде растворенных солей кальция, магния и железа. Можно использовать воду, получае-
Рис. 71. Схема контейнера для загрузки силикатной глыбы в автоклав:
1 — выдвижной конус;
2 — корпус контейнера;
3 — силикат-глыба;
4 — шток
229
Рис. 72. Вертикальный стационарный автоклав: 1 — люк; 2 — выход паровоздушной смеси; 3 — заливка воды; 4 — решетка; 5 — вход пара на барботер; 6 — выход готового продукта; 7 — манометр; 8 — предохранительный клапан
мую после промывки емкостей для хранения растворов или после разварки остатков глыбы в автоклаве. Количество заливаемой воды замеряют приборами.
Силикатную глыбу в стационарных автоклавах (рис. 72) можно растворять, используя различные технологии:
• с пуском пара в рабочий объем в течение всего процесса при наличии в автоклаве воды;
• с частичным пуском пара в начале процесса для проведения предварительной гидратации и с последующим наполнением автоклава водой;
• с автономной подачей пара через глухой змеевик или наружным обогревом (в этом случае не исключается возможность пуска пара в рабочий объем для проведения гидратации в начале процесса).
Стационарные автоклавы следует загружать предварительно промытой и дробленой глыбой в кусках размером 20-50 мм. Загрузка порошковой глыбы с большим содержанием мелочи может явиться причиной слипания ее в монолит и резкого падения производительности процесса по времени варки и выходу готового продукта. Если процесс начинаю г форсированием гидратации, то пар пускают сразу же после загрузки глыбы (время подачи пара колеблется от 15 до 30 мин).
230
Количество воды, заливаемой в автоклав, определяет система подачи пара: при подаче пара через глухой змеевик или при наружном обогреве воду заливают обычно так, чтобы ее уровень лишь немного превышал уровень глыбы; при подаче пара в рабочий объем воды заливают меньше, учитывая прирост объема воды за счет конденсации поступающею пара. При подаче пара в рабочий объем автоклава паропровод обязательно оборудуют обратным клапаном, автоматически отключающим подачу пара при снижении его давления в сети.
Поскольку стабильность процесса во многом зависит от качества пара, целесообразно питание автоклавов от отдельных парогенераторов, например модели ПЭ-30. В таких парогенераторах теплота выделяется при прохождении электрического тока через котловую воду (электролит).
При работе на автоклавах с автономным пуском пара или с наружным обогревом проще регулировать плотность получаемых растворов жидкого стекла, но разварка протекает медленнее и сопровождается большими расходами энергии и глыбы, чем при работе с пуском пара в рабочий объем.
При автономном обогреве может наблюдаться отложение па поверхностях нагрева дегидратированного слоя, что приводит к резкому падению производительности процесса разварки глыбы. После слива готового продукта отложившийся слой легко растворяется при пуске воды и подогреве автоклава во время разварки очередной порции глыбы.
При нормальной работе нерастворимый остаток глыбы не превышает 10% от массы загрузки, снижаясь в отдельных случаях до 4-5%. При неблагоприятных условиях, особенно при разварке высокомодульной глыбы или глыбы с большим содержанием примесей, остаток может достигать 20% и более. В качестве средства, облегчающего удаление нерастворившихся остатков, может быть применена их разварка в 30% растворе едкой щелочи. Для облегчения удаления из автоклава остатков нерастворившейся глыбы, а также для частичной фильтрации раствора жидкого стекла автоклав в нижней части оборудуют решеткой, на которую загружают слой шлака толщиной 200-250 мм. Подачу пара и слив стекла осуществляют по трубам, имеющим выход в рабочий объем автоклава ниже решетки. Остатки шлаковой подушки удаляют через люки, расположенные на уровне решетки; через эти же люки укладывают слой шлака. При наличии давления в автоклаве выдача готового раствора не щтедставляет трудностей.
231
Изменение ведущих характеристик раствора жидкого стекла в процессе разварки натриевой силикатной глыбы в стационарном автоклаве с автономным пуском пара приведено в табл. 50. При других модулях зависимость носит аналогичный характер.
Растворение силикатной глыбы во вращающихся автоклавах (рис. 73) ведут с пуском пара в рабочий объем. Пар пускают до тех пор, пока в автоклаве не установится давление, равное давлению в сети, после чего пуск пара прекращают. Рекомендуют загрузку автоклава предварительно промытой глыбой в кусках размером не более 50-60 мм (допускается присутствие в загрузке до 10-15% кусков не более 5 мм). Глыбу можно промывать в том же автоклаве. Обычно в автоклав загружают глыбу, заполняя примерно 50% его объема. Количество воды, заливаемой в автоклав, зависит от желаемой плотности получаемого раствора, давления пара и времени разварки. При этом, как уже отмечалось выше, следует учитывать увеличение объема воды за счет конденсации пара, подаваемого в
Таблица 50. Характеристики раствора жидкого стекла (разварка в стационарном автоклаве)
Время от начала разварки, ч Давление в автоклаве, МПа Плотность при 20" С, г/см3 Вязкость при 20°С, МПа с Модуль раствора
Модуль глыбы 2,82
2,5 0,4 1,455 236 2,71
3,5 0,45 1,505 2000 2,76
4,5 0,4 1,52 2950 2,76
Модуль глыбы 2,84
2 0,4 1,43 130 2,7
2,5 0,4 1,455 236 2,72
3 0,4 1,472 366 2,73
3,5 0,38 1,481 590 2,76
4 0,35 1,5 1298 2,76
5 0,3 1,51 1770 2,78
Модуль глыбы 2,89
2,5 0,35 1,414 68 2,8
3,5 0,35 1,465 762 2,84
4,5 0,35 1,487 1292 2,86
232
Рис. 73. Вращающийся автоклав: 1 — подшипники; 2 — полая цапфа; 3 — загрузочный люк с крышкой; 4 — корпус автоклава; 5 — манометр; 6 — привод; 7 — кран для слива жидкого стекла
автоклав. В зависимости от качества пара это увеличение может быть значительно, достигая 50% от залитой воды [54].
Растворение глыбы во вращающихся автоклавах происходит быстрее и полнее, что объясняется частичным измельчением и истиранием глыбы в процессе ее разварки, при котором происходит непрерывное обновление и рост контактной поверхности растворения.
При нормально организованной работе количество нерастворимых остатков не должно превышать 3% от массы загрузки, практически отсутствует опасность слипания. Чистка вращающихся автоклавов от остатков не представляет трудности, ее осуществляют их разваркой. Растворы, приготовляемые во вращающихся автоклавах, более мутные, чем растворы, получаемые в стационарных автоклавах. При эксплуатации вращающихся автоклавов следует иметь в виду, что корпус автоклава истирается при перемещении в нем глыбы. Износ может стать значительным и явиться причиной серьезной аварии, поэтому необходимо периодическое обследование состояния автоклава вне зависимости от его подконтрольности Ростехнадзору.
Примерные основные технологические параметры процесса разварки силикатной глыбы приведены в табл. 51.
Как уже отмечалось, возможно растворение силикатной глыбы в воде безавтоклавными способами: открытым в стационарных
233
Таблица 51. Основные технологические параметры процесса разварки силикатной глыбы
Тип и характеристика автоклава Давление пара, МПа Загрузка Характеристика силикатной глыбы Характеристика раствора
глыбы, т воды, мз вид модуль плотность, г/см* вязкость, мПа-с время развар- ки, ч
Стационарный автоклав, вертикальный, вместимость 2,3 м3. Нагрев паром, проходящим по змеевикам. Возможен пуск пара в рабочий объем До 0,5 1,5* 1,3 Силикат натрия 2,75 2,9 1,46-1,50 600 2500 4-6
Силикат калиево-натриевый 2,85-3,1 1,45-1,49 600- 2000 3-4,5
Силикат натриево-калиевый 2,75-3,1 1,46-1,50 500- 2500 3-5
Вращающийся автоклав, вместимость 1,5 м3. Пуск пара в рабочий объем автоклава До 0,55 1,2 0,7 Силикат натрия 2,75-2,9 1,46-1,50 600- 2500 4-6
Силикат калиево-натриевый 2,85- 3,1 1,45- 1,49 600- 2000 3-4,5
Силикат натриево-калиевый 2,75- 3.1 1,46-1,50 500- 2500 3-5
* Загрузка в пустой автоклав после его очистки. При последующих варках глыбу загружают в количестве 1,1 т
стекловарках или в специальном оборудовании, обеспечивающем непрерывное обновление поверхности реакции. Главными преимуществами безавтоклавных способов получения жидкого стекла является отсутствие потребности в паре, повышение уровня безопасности процесса, уменьшение энергетических затрат.
На многих малых электродных заводах разварку калиево-натри-евой глыбы производят в специальных баках-стекловарках с внешним подогревом. Бак заполняют глыбой и водой примерно в равном соотношении по массе и содержимое доводят до кипения (кипение растворов стекла происходит при температуре выше 100 °C). Перемешивание обеспечивает обычно якорная мешалка. При достижении заданной плотности в горячем состоянии подогрев выключают. Раствор через сливной кран сливают в емкости для отстаивания. Одна из таких установок ЖС—0,63 имеет следующую техническую
234
характеристику: вместимость аппарата и рубашки соответственно 0,63 и 0,15 м3; мощность привода и нагревателя соответственно 4,1 и 10 кВт; скорость вращения мешалки 18 об/мин; производительность 500 кг в смену; габаритные размеры, м, 3,2x2,2x4,3; масса 1 т.
Недостатки стандартного безавч оклавного способа — низкая скорость растворения силиката, трудность растворения других видов силикатной глыбы. Эти недостатки могут быть ликвидированы, согласно рекомендациям, приведенным, например, в патенте РФ №2491011 от 10.12.2002 г. Интенсификацию растворимости силиката осуществляют за счет предварительной механической активации. Установлено, что наибольшую скорость и полноту растворения можно достичь при истирающем воздействии (вибрационные мельницы). Растворение интенсифицируется как за счет повышения дисперсности силикат-глыбы, так и за счет искажений ее структуры при измельчении. Искажение структуры силиката повышает его внутреннюю энергию, что и ускоряет последующий процесс растворения. Однако в промежуток времени между измельчением и растворением происходит релаксация структуры, поэтому время между окончанием измельчения и началом растворения силиката необходимо минимизировать.
Само растворение производят в аппарате АВ-300 для растворения силиката, прошедшего предварительную механическую активацию. Аппарат (рис. 74) имеет эксцентриковый вибропровод 2, установленный на емкости 1 через пружинные опоры 3. Вибропровод оснащен перемешивающим рабочим органом, выполненным в виде перфорированных дисков на штангах, опущенных в емкость. Его приводит в действие электродвигатель через ременную передачу. Емкость имеет систему обогрева, включающую рубашку, котел для
235
нагрева воды и расширительный бачок. Котел подключают к сети переменного тока через пульт управления.
В отличие от аналогов в аппарате АВ-300 емкость выполнена из нержавеющей стали толщиной 4 мм; слив раствора осуществляют с помощью насоса. Для интенсификации процесса виброперемешивания перфорация дисков выполнена в виде конуса: у нижнего диска направление «конус вниз», у верхнего — «конус вверх». При конусной перфорации струя, вытекающая из усеченной части конуса, обладает значительной скоростью и длиной, что обуславливает наиболее интенсивный характер перемешивания. Для автоматического поддержания заданной температуры теплоносителя в систему обогрева включен программируемый измеритель-регулятор. Аппарат АВ-300 за один цикл позволяет получать до 300 кг жидкого стекла различного состава и модуля.
При безавтоклавной технологии с использованием аппарата АВ-300 силикат вначале размалывают в роторной дробилке ДР 444 до размера 5 мм. После этого силикат активируют в вибромельнице МВ-02 в течение 1-2 ч в зависимости от вида и модуля силиката. Затем силикат растворяют в виброреакторе при температуре 55-90 °C в течение 35-45 мин — натриевого силиката, 20-25 мин — калиевого. Полученный раствор сливают в промежуточную емкость и осветляют в течение 2-3 сут. При необходимости параметры раствора корректируют, главным образом по вязкости, в лопастном смесителе.
Техническая характеристика аппарата АВ-300
Вместимость емкости, л..........................300
Диаметр дисков, мм...............................250
Частота колебания, Гц.............................25
Мощность водогрейного котла, кВт..................10
Температура нагрева теплоносителя, °C: воды..........................................100
специальной жидкости с повышенной температурой кипения.............150
Регулировку процесса растворения силиката в виброреакторе можно производить, изменяя продолжительность измельчения в вибромельнице, температуру воды, соотношение вода-силикат, скорость подачи силиката в реактор, время растворения. Растворы стекла, полученные по такой технологии, по цвету отличаются темно-серым оп енком, что связано с повышенным содержанием в них
236
оксидов железа, являющихся, вероятно, продуктом истирания шаров при механическом измельчении глыбы.
Технологическая схема безавтоклавного получения растворов жидкого стекла по вышеописанной технологии [55, 56], успешно применяемая при многомарочном производстве электродов в течение ряда лет на ЗАО «Завод сварочных материалов», представлена на рис. 75. Простота и компактность схемы с учетом производительности процесса позволяет использовать описанную технологию получения растворов жидкого стекла на малых и средних электродных предприятиях.
При другом способе безавтоклавного приготовления растворов жидкого стекла [57] процесс растворения силикат-глыбы ведут в воде, нагретой до 85-95 °C, совмещение с помолом. Герметизация реакционной зоны в установке мокрого помола модели УВС-20 (шаровой мельнице) при следующих оптимальных режимах разварки: разовая загрузка глыбы 150-160 кг, воды 200-210 л; размер
Склад силикат-глыбы
жидкою стекла на ЗАО «ЗСМ»
237
кусков глыбы не более 30 мм; длительность цикла 3 ч позволяет получать растворы жидкого стекла различных видов с заданными характеристиками вязкости и плотности. Мощность установки 7,5 кВт; достигнутая производительность 120-130кг/ч. Готовый раствор может быть загрязнен вследствие изнашивания и окисления материала шаров.
Известен способ скоростного приготовления водных растворов жидкого стекла различного состава из сухого концентрата, поставляемого в порошкообразном виде. Жидкое стекло готовят, заливая в емкость с механической мешалкой расчетное количество воды с температурой 60-80 °C и засыпая равномерной струей порошок концентрата. При перемешивании до равномерной консистенции раствора происходит его разогрев до 95-100 °C. Ориентировочное соотношение сухого концентрата и воды составляет: для получения плотности готового раствора 1,42 г/см3 — 1:1,48; для 1,45 г/см3 — 1:1,25.
В ряде европейских стран и США порошкообразные гидросиликаты вводят в сухую шихту, перемешивают в сухом виде, а затем, вливая необходимое количество воды при дальнейшем перемешивании, доводят обмазочную массу до требуемого состояния. До настоящего времени по ряду причин такая технология, хотя и была апробирована [58], но в электродном производстве на постсоветском пространстве применения не нашла.
Независимо от принятого процесса разварки силикатной глыбы контролируют модуль глыбы, ее чистоту (наличие посторонних загрязнений), крупность кусков, количество загружаемой глыбы и воды, плотность раствора в процессе разварки, время разварки; при автоклавном способе — также давление пара. Наиболее доступным методом' контроля готовности раствора является проверка его плотности по пробам, отбираемым в ходе процесса разварки. При контроле пробы измеряют температуру и плотность раствора; полученное значение плотности по графику (см. рис. 59) приводят к нормальной температуре. У растворов калиевых и комбинированных калиево-натриевых и натриево-калиевых силикатов часто наблюдается резкое изменение плотности с падением температуры. Например, растворы, имеющие при температуре 110 °C плотность 1,37 г/см3, после охлаждения превращаются в малоподвижные студни. Эта особенность наиболее резко проявляется у высокомодульных (М выше 3) калиевых силикатов, и ее следует учитывать при разварке и хранении калиевого и комбинированного растворов жидкого стекла.
238
Иногда разваркой силикатной глыбы процесс изготовления растворов жидкого стекла заканчивают. Однако эти растворы содержат много взвешенных частиц, не обладают стабильными свойствами, активны и сразу после получения не могут быть использованы при изготовлении электродов. Поэтому необходима специальная подготовка жидкого стекла к применению.
Подготовка жидкого стекла к применению
Практикой установлено, что использование свежеприготовленных растворов жидкого стекла обычно не обеспечивает стабильное получение обмазочных масс с требуемыми свойствами. В результате затрудняются процессы опрессовки и термообработки электродов. Особенно заметно это проявляется при изготовлении электродов с основным покрытием. Непосредственно после варки жидкого стекла, особенно во вращающихся автоклавах, в нем содержится значительное количество взвеси, состоящей из мелкодисперсных частиц SiO2 и других оксидов.
Посторонние частицы делают жидкое стекло мутным, искажают истинные значения плотности, вязкости и модуля. Помимо этого, они отрицательно влияют на структуру стекла, для стабилизации которой требуется определенное время. В процессе хранения растворов жидкого стекла даже в герметически закрытых сосудах происходит процесс, называемый старением. Он связан с полимеризацией (укрупнением) кремнекислородных соединений и повышением вязкости. Поэтому для стабилизации свойств жидкого стекла рекомендуют их осветлять и применять только после выдержки в течение определенного времени.
В процессе отстаивания происходит самопроизвольное выделение из раствора нсрастворившихся частиц силикат-глыбы, продуктов коррозии аппаратуры, нерастворимого остатка, случайных механических примесей и примесных соединений, образовавшихся в ходе растворения. Химический состав осадка для натриевой глыбы соответствует (в пересчете на прокаленное вещество) ориентировочно 80 85% SiO2, 4-6%Na2O, 2-3% (Fe2O3+Al2O3), 2-3% CaO. Фазовый состав такого осадка (шлама) включает водные формы аморфного кремнезема, остатки силикатного стекла, гидросиликаты кальция, гидрооксид железа, гидроалюмосиликаты натрия переменного состава, кристаллический кварц [43].
239
В промышленности применяют следующие основные способы | получения осветленных жидких стекол.
1. После варки жидкого стекла в автоклаве до плотности | 1,34-1,38 г/см3 и вязкости не более 100 сП (0,1 Па-с) его фильтру- I ют на вакуум-фильтрах или фильтрах специальной конструкции. I Фильтрацией обеспечивают глубину очистки от примесей, недостижимую отстаиванием. Практически прозрачный раствор получают за счет полного удаления из жидкого стекла примесей, и < прежде всего аморфного кремнезема. Высокая исходная вязкость растворов жидкого стекла и наличие в нем примесей коллоидного размера затрудняют фильтрацию жидкого стекла при атмосферном давлении и делают ее непроизводительной.
Схема одной из конструкций фильтра показана на рис. 76. Такой фильтр состоит из стационарного сосуда 1 с поднимающейся и поворачивающейся крышкой 3. На крышке имеется патрубок 4 для продувки фильтра воздухом и манометр. Внутри аппарат снабжен наборным пакетным фильтром 2 с горизонтально расположенными фильтрующими элементами. Обогрев фильтра осуществляется горячей водой через кожух 5. Давление фильтрации 0,4 МПа. На фильтрацию жидкое стекло поступает через штуцер 6 и распределяется равномерно на поверхности фильтра, фильтрат выходит через патру-
-л Горячая вода
-5
Рис. 76. Фильтр для фильтрации жидкого стекла: 1 — стационарный сосуд; 2 — наборный пакетный фильтр;
3 — крышка;
4 — патрубок для продувки воздухом;
5 — кожух для обогрева горячей водой; 6 — штуцер для подачи жидкого стекла; 7 — патрубок для фильтрата;
8 — патрубок для вывода остаточного фильтрата
240
бок 7. Давление в фильтре создает насос. Остаточный фильтрат выводится через патрубок 8 с помощью сжатого воздуха или газа.
Фильтровальная установка 2ЛВАвж-20У с площадью фильтрующих элементов 20 м2 работает при температуре 75—85 °C и давлении 0,3-0,4 МПа, обеспечивая производительность 1 т/ч. Схема обычного рамного фильтр-пресса показана на рис. 77.
Чистое, отфильтрованное жидкое стекло выпаривают в специальных выпаривателях при температуре 85-95 °C. Более высокая температура может привести к выпадению на нагревающих поверхностях осадка SiO^, что будет нарушать передачу теплоты жидкому стеклу, а также приведет к снижению его модуля. Жидкое стекло выпаривают до необходимой плотности и вязкости, после чего перекачивают в емкости, предназначенные для хранения.
Обязательным условием выпаривания жидкого стекла является его перемешивание как с целью усреднения тепловых потоков в вязкой жидкости, так и для обеспечения испарения воды с поверхности раствора. Выпарка жидкого стекла затруднена из-за образования на поверхности раствора пленки, которая разрушается только при перемешивании. Выпарные аппараты обогреваю ! снаружи и оснащают механической мешалкой. В таких аппаратах невозможно обеспечить большую поверхность испарения, поэтому их производительность невелика, а тепловые затраты на испарение значительны. Применение аппаратов специальной конструкции с высокой поверхностью испарения затруднено специфическими свойствами жидкого стекла, его тонких пленок. Выпарка жидкого стекла непроизводительна и энергоемка.
Рис. 77. Горизонтальный филътр-пресс: 1 — плиты; 2 — упорная плита; 3 — стяжная штанга; 4 — нажимная плита; 5 — зажимное устройство; 6 — стойка
16 - 9-423
241
Применять стекло рекомендуют после его остывания до температуры 18-25 °C и последующей выдержки (стабилизации) при этой температуре не менее трех суток.
2. Жидкое стекло плотностью 1,34-1,38 г/см3 перекачивают насосом или выдавливают из автоклава избыточным давлением в баки-отстойники. В связи с низкой вязкостью и плотностью жидкого стекла мелкие частицы в течение трех-четырех суток успевают осесть. После этого жидкое стекло выпаривают до необходимой концентрации.
3. Осветление жидкого стекла может быть осуществлено при длительной выдержке его концентрированных растворов. Влияние времени выдержки на характеристики жидкого стекла приведено в табл. 52. Видно, что полное осветление и стабилизация свойств жидкого стекла могут быть осуществлены при весьма длительной его выдержке — не менее одного месяца, поэтому такой способ выполним только для производств с очень малым объемом выпуска электродов или значительными возможностями по размещению баков-отстойников. Практически, наиболее часто на многих электродных предприятиях применяют неполное осветление, отстаивая жидкое стекло, в лучшем случае, до двух недель. Такая выдержка не позволяет в полной мере стабилизировать свойства жидкого стекла. Следует также иметь в виду, что, как уже было отмечено, при испарении влаги из силикатного раствора на его открытой поверхности возможно образование пленки. С этим явлением часто встречаются при хранении жидкого стекла в открытых емкостях, ведь в вязких растворах диффузия молекул воды к поверхности затруднена.
После осветления и выпаривания или после осветления длительной выдержкой зафиксировано снижение модуля, вязкости и плотности жидкого стекла (см. табл. 52). Особенно заметно осветление влияет на вязкость раствора, что связано с удалением мелкодисперсных частиц различных примесей. Определение модуля жидкого стекла,
Таблица 52. Влияние времени выдержки на характеристику ! жидкого стекла
Время выдержки стекла в баках-отстойниках, сут Плотность, г/см3 Вязкость, сП Модуль Внешний вид жидкого стекла
0 1,49 2726 2,97 Серое, очень мутное
14 1,486 2546 2,92 Мутное
28 1,485 2496 2,89 Слегка мутное
60 1,485 2429 - Светлое
242
взятого со дна бака-отстойника вместе с осадком, показало увеличение модуля почти на 0,5 по сравнению с модулем исходного стекла.
Образовавшийся при отстаивании жидкого стекла осадок (шлам) периодически выгружают из баков-отстойников через специальные люки и утилизируют. Крапы для слива жидкого стекла из баков-отстойников должны быть расположены от дна на уровне, гарантирующем непопадание отстоя в годный раствор.
На стабильность жидкого стекла могут влиять многие химические вещества. К ним относят различные кислоты, в том числе слабые. Отрицательно действует углекислый газ, который, соединяясь со щелочью, дестабилизирует раствор стекла.
При необходимости понижения модуля жидкого стекла в него добавляют растворы щелочей NaOH или КОН. При этом раствор должен быть тщательно перемешан и выдержан в течение нескольких суток, что необходимо для его стабилизации. Возможно введение едких щелочей непосредственно в автоклаве до начала растворения силикатной глыбы, т. е. совмещение снижения модуля с варкой жидкого стекла.
Обратную задачу — повышение модуля жидкого стекла по сравнению с модулем силикат-глыбы, можно решить для растворов низкой плотности дополнительным растворением в жидком стекле активного кремнезема. Достаточно широкое применение получил способ так называемого «пассивирования» жидкого стекла добавлением в него в процессе варки хромовокислого калия К2Сг2О7 или марганцевокислого калия КМпО4. Эти соединения при взаимодействии с ферросплавами окисляют наиболее активные из них, причем важно, что этот процесс происходит без выделения водорода или какого-либо другого газа. Обычно загрузка составляет 0,3-0,5% от массы загружаемой глыбы.
В процессе разварки силикатной глыбы независимо от применяемых оборудования и технологии сложно обеспечить стабильность свойств готовых растворов. Поэтому даже при изготовлении ограниченной номенклатуры электродов по видам покрытия необходима корректировка состава жидкого стекла. В практике наиболее распространена корректировка растворов стекла одного вида, одного и того же модуля с различными значениями плотности и вязкости, что достигают их смешиванием. При этом плотность изменяется пропорционально и может быть рассчитана.
Предположим, что имеется два жидких стекла одного модуля с плотностями Р] и Р2 (Р1>Р2). Требуется получить жидкое стекло с
16*
243
какой-нибудь промежуточной плотностью Р3. Ясно, что Рз>Р2- Предположим, что третье стекло с плотностью Р3 состоит из X частей первого стекла с плотностью Pt и (1-Х) частей второго стекла с плотностью Р2. Иначе Р3=ХР1+(1-Х)Р2. Отсюда Х=(Р3-Р2)/(Р1-Р2).
Подставляя в полученную формулу значения плотностей, будем иметь количество первого стекла в долях единицы, которое необходимо для получения смеси с плотностью Р3. Доля второго жидкого стекла, входящего в смесь, составит (1-Х), Так, если плотность первого стекла P^l^O, второго Р2=1,44 г/см2, то для получения жидкого стекла с плотностью 1,49 г/см2 следует взять пять частей по массе первого стекла и одну часть второго. Вязкость смесей разных видов стекла не подчиняется закону пропорциональности, отклоняясь от ожидаемой в сторону меньших значений [48].
Аналогично решается вопрос о смешивании двух стекол одного вида с различными модулями и М2 с целью получения жидкого стекла с промежуточным модулем М3. Приближенный расчет произведем с условием, что Mt>M2 и М3>М2. Жидкое стекло с модулем М3 состоит из X частей стекла с модулем М1 и из (1-Х) частей с модулем М2, т. е. М3=Х-М1+(1-Х)М2, отсюда Х=(М3-М2)/(М1-М2).
Подставив в формулу значения модулей, найдем долю жидкого стекла с модулем Mj. Разность (1-Х) является долей жидкого стекла с модулем М2. Например, модуль Mj=3,l, модуль М2=2,7, требуется получить жидкое стекло с модулем М3=2,85. Произведя вычисления, получим Х=(2,85-2,7)/(3,1-2,7) =3/8.
Следовательно, жидкого стекла с модулем 3,1 следует взять 3 части и с модулем 2,7 — 5 частей (всего 8 частей). Формула пригодна для приближенного расчета при условии, что сухие остатки жидкого стекла различаются не более чем на 10-15%.
Гораздо сложнее изменяются свойства растворов комбинированного жидкого стекла, получаемого при смешивании растворов стекла разных видов, модуля или вязкости. Здесь возможны непредсказуемые эффекты, не подчиняющиеся законам пропорциональности. В случае производственной необходимости получения такого стекла нужна предварительная тщательная лабораторная проверка свойств пробных растворов.
В качестве примера опишем схему приготовления без отстаивания жидкого стекла различных составов в электродном цехе ОАО «ММК-Метиз» [59], используемую с 2001 г. и представленную на рис. 78.
Для растворения натриевой, натриево-калиевой и калиево-натриевой силикатных глыб используют вращающийся горизон-
244
Рис. 78. Схема расположения оборудования на участке жидкого стекла электродного производства ОАО «ММК-Метиз»
тальный автоклав 7 с теплоизоляцией, для калиево-натриевой и калиевой силикатных глыб - - стационарный автоклав 6.
Промытую водой цеховой температуры глыбу дробят до размера не более 60 мм, загружают во вращающийся автоклав мерным контейнером в количестве 2,5-3 т, заливая горячей водой п температурой до 80 °C из бака 12 в количестве 3-4 м3. Предварительно холодную воду смягчают на установке И, направляют в бак 13, а затем нагревают в бакс 12. Пар с давлением 0,4-0,6 МПа получают в парогенераторе 14; рабочее давление в автоклаве 0,4-0,6 МПа (0,9 МПа — максимум), температура разварки 138-175 °C. Разварку ведут 2,5-3,5 ч до достижения плотности 1,300±0,015 г/см3, первый отбор пробы производят через 1-2 ч после начала разварки.
Из автоклава раствор сливают в промежуточную термоизолированную емкость 9, откуда через фильтр 8 с намытым перлитом его перекачивают в емкость 1. При фильтрации обеспечивается полное удаление механических примесей и нерастворимых частиц. Фильтрацию производят после полного заполнения промежуточной емкости, а промывку фильтра — после фильтрации примерно 20 м3 жидкого стекла и полного освобождения промежуточной емкости.
Растворение глыбы в стационарном автоклаве при атмосферном давлении начинают с заполнения его холодной водой из бака 13. Паром нагревают воду до 65-70 °C, мерным бункером загружают силикатную глыбу и насосом обеспечивают постоянную циркуляцию воды в автоклаве. Растворение глыбы происходит при температуре 95 °C; слив раствора производят при плотности 1,300+ 0,015 г/см3 в промежуточную термоизолированную емкость 10. Затем через фильтр 8 его направляют в емкость 2.
Бак для коррекции параметров жидкого стекла 3 позволяет производить выпаривание влаги из раствора при температуре 65-70°С, поддерживаемой автоматически. В зависимости от параметров полученного и требуемого жидкого стекла процесс выпаривания длится 2,5-5 ч. При получении растворов повышенной против требуемой плотности добавляют воду при включенной мешалке, обеспечивая перемешивание не менее 30 мин. Готовые растворы перекачивают в баки для хранения 4 и 5 или в баки для специальных электродов. С участка приготовления жидкое стекло мембранными насосами перекачивают в термостатируемые (20-23 °C) расходные емкости технологических линий, где оно постоянно перемешивается с помощью насосов. Подачу в смесители обмазочной массы стекла контролируют по счетчику в литрах.
246
Глава 8.
Приготовление сухой шихты
Приготовление сухой шихты электродных покрытий — один из самых ответственных процессов производства электродов. Только при точном выполнении всех операций может быть обеспечено стабильно высокое качество электродной продукции. Приготовление сухой шихты включает:
• подготовку рецептуры конкретной партии электродов;
• весовую дозировку компонентов в соответствии с рецептурой покрытия;
• перемешивание взвешенных компонентов с целью равномерного их распределения в сухой шихте по ее объему и массе;
• контрольный просев сухой шихты, гарантирующий отсутствие закрупнений и посторонних включений;
• транспортировку и хранение приготовленной сухой шихты.
Требования к компонентам, поступающим на дозировку:
• па дозировку допускаются компоненты, принятые и проверенные службой контроля, с присвоенными им внутризаводскими номерами;
• гранулометрический состав компонентов должен отвечать требованиям табл. 46. При этом для изготовления электродов малого диаметра (1,6; 2,0; 2,5 мм) все компоненты должны быть просеяны через сито № 0315 ГОСТ 6613 86.
С целью повышения рабочих характеристик обмазочных масс рекомендуют применение некоторых компонентов, в первую очередь мрамора и плавикового шпата, двух сортов: средней крупности и очень мелкого. Подробнее об этом будет сказано в следующей главе.
Поступающие на дозировку компоненты сухой шихты должны быть стабильно сухими (содержание влаги не более 0,1%). Для этого компоненты, приготовленные к дозировке, следует хранить только в сухих отапливаемых помещениях.
247
Подготовка рецептуры конкретной партии электродов
Для грамотного изготовления электродов в технической документации (регламенте, рецептуре или другом нормативном документе предприятия) должен быть предусмотрен пересчет рецептуры покрытия с учетом содержания легирующих элементов в конкретных пар тиях поставки ферросплавов. Это необходимо для обеспечения в покрытии заданного количества раскисляющих элементов и легирующих. При изготовлении высоколегированных электродов часто необходимо учитывать и состав проволоки. Помимо технических причин, это целесообразно и ио экономическим соображениям.
Рецептуру электродных покрытий разрабатывают, как правило, исходя из номинальной концентрации ведущих (основных) элементов в ферросплавах. С учетом действующей нормативно-технической документации на ферросплавы целесообразно в качестве номинальных принять значения, приведенные в табл. 53. При отклонении фактической концентрации основных элементов в используемой партии ферросплава от номинального значения содержание ферросплава в шихте корректируют. Основанием для корректировки должны быть, как правило, результаты входного контроля материала; при полном доверии поставщику используют данные соответствующих сертификатов.
Коэффициенты пересчета к представляют собой отношение номинальной и фактической концентрации легирующего в ферросплаве (табл. 54). Для обогащенных ферросплавов, с концентрацией ведущего элемента, превышающей номинальную, коэффициент пересчета, меньше единицы, для обедненных — больше единицы. Практика показывает, что при отклонении фактической концентрации элемента от номинальной в диапазоне от -1 до +2% пересчет не обязателен, если в технической документации нет иных указаний. В связи с узкими пределами содержания кремния в ферросиликомарганце пересчет для него ведут только по концентрации марганца. Применение ферросилиция с содержанием кремния выше 47% не допускают не только по формальным причинам, но и из-за его значительной активности.
Пересчет содержания ферросплавов в шихте (кроме ферротитана) производят умножением их содержания Ао, (%) в рецептуре покрытия по документации на коэффициент пересчета, приведенный в табл. 54. Ферротитан, применяемый в качестве комплексного
248
Таблица 53. Принятые номинальные концентрации основных легирующих элементов в ферросплавах
Ферросплав Марка Обозначение НД (ГОСТ) Пересчитываемые (основные) элементы Номинальная концентрация основных элементов в ферросплаве, %
Ферробор ФБ-17 14848-69 Бор 17
Феррованадий ФВ 40У0.5, ФВ 40У0.75 27130-94 Ванадий 40
Ферромарганец ФМн 88 4755-91 (ДСТУ 3547-97) Марганец 86
ФМн 78 77
ФМн 70 70
Ферромолибден ФМо 60, ФМо 58 4759-91 Молибден 60
Феррониобий ФНб 60 16773-2003 Ниобий 60
Ферросиликомарганец МнС 17А 4756-91 (ДСТУ 3548-97) Марганец 65
Ферросилиций ФС-45 1415 93 Кремний 45
Ферротитан ФТи 30 4761 91 Титан 30
ФТи 35С5 Алюминий 8
ФТи 35С8 Кремний 5
Феррохром ФХ 800А 4757-91 Хром 65
раскислителя и содержащий, одновременно, значащие концентрации трех активных элементов-раскислителей: титана, кремния и алюминия, требует особого подхода. Пересчет производят с учетом количества кислорода, связываемого единицей массы каждого из указанных раскислителей, образующих (в упрощенном для расчетов виде) соединения соответственно TiO2, SiO2 и Л12О3. Атомные массы данных элементов: титана 48, кремния 28, алюминия 27, кислорода 16, что в пересчете на оксиды дает эквивалент по титану — 1,3 для алюминия и для кремния — 1,7.
Для ферротитана принятого номинального состава (см. табл. 53) и содержащего 30% Ti, 8% Al и 5% Si, эквивалентное содержание титана, учитывающее остальные раскислители, рассчитывают по формуле:
QTi3KB = QTi + t3QAi+l,7QSi,
249
250
где Qn экв — эквивалентное содержание Ti в FeTi, %; QTi, Qaj, QSi — фактическое содержание соответствующих элементов в FeTi, %. Оно составляет 49%. Содержание ферротитана пересчитывают по формуле
A(t = 49A0/QTi + l,3QA1+l,7QSi,
где А(|, — пересчитанное содержание FeTi в покрытии, %.
Если сумма в знаменателе данной формулы находится в пределах 48-51%, то корректировку содержания ферротитана не производят [60].
Приведение состава покрытия к 100% целесообразно производить за счет пропорционального изменения мрамора и плавиковошпатового концентрата.
Особого внимания требует подготовка рабочих рецептур сухой смеси для изготовления высоколегированных электродов, обеспечивающих двухфазную, как правило, аустенито-ферритную, структуру наплавленного металла. Соблюдение норм по содержанию второй фазы при одновременно заданных пределах химического состава наплавленного металла выполнимо лишь при определенных соотношениях легирующих элементов. Можно получить заданный химический состав наплавленного металла, но нс удовлетворить требование к содержанию в нем ферритной фазы, входящее в число приемо-сдаточных характеристик. Ее недостача может привести к появлению трещин в сварных швах, а избыток — к охрупчиванию швов.
Иногда к технологическому регламенту на электроды такого класса составляют приложение, в котором в зависимости от химического состава проволоки указывают содержание в рецептуре покрытия корректируемых элементов (металлического хрома, марганца, феррониобия и др.) Это обеспечивает заданное количество ферритной фазы, не выходя за пределы легирования наплавленного металла, предусмотренные технической документацией.
Часто для оценки содержания феррита в наплавленном металле используют диаграммы Шеффлера или Де-Лонга. Диаграмма Шеффлера, составленная для литых сплавов, не учитывает аустенитизирующее влияние азота. При этом область существования ферритной фазы от 0 до 5% значительно уже области ее содержания от 5 до 10%, что не соответствует данным практики. Диаграмма Де-Лонга по форме значительно удобнее для практического использования. Однако, как показали работы МОСЗ, нулевое значение ферритной фазы в этой диаграмме расположено выше ее ис-
251
CraKB=%Cr+%Mo+1,5x%Si+0,5x%Nb
Рис. 79. Откорректированная диаграмма Шеффлера
тинного положения, особенно для высоких значений эквивалента хрома. Кроме того, никелевый эквивалент азота (30% N2) завышен.
Участок диаграммы Шеффлера, откорректированный МОСЗ, приведен на рис. 79. Как показал опыт, эта диаграмма более удобна для практического применения и обеспечивает удовлетворитель-
252
ную точность в достаточно широком диапазоне составов наплавленного покрытыми электродами металла [61].
Наиболее точной в мировой практике в настоящее время считают диаграмму WRC-1992. Диаграмма достаточно точно прогнозирует содержание ферритной фазы в наплавленном металле при уровне концентрации марганца до 10%, азота — до 0,25%, молибдена — до 3%, кремния — до 1%. Для исключения ошибок, связанных с воспроизведением диаграммы, на рис. 80 представлена «эталонная диаграмма», экстраполяцию которой за пределы зон линий не рекомендуют в связи с нелинейностью.
И все же при пользовании диаграммами надо иметь в виду, что точность, которую они обеспечивают, достаточна только для изготовления пробной партии электродов, по результатам испытаний которой и выдают окончательную рецептуру конкретной производственной партии электродов.
Весовая дозировка компонентов шихты
Под дозировкой (дозированием) понимают отмеривание или отвешивание определенного количества (дозы) материала и перемещение этой дозы к рабочим органам машины или аппарата, выполняющим технологические операции. В зависимости от объема производства и номенклатуры изготавливаемых электродов применяют ручную, частично механизированную или полностью механизированную (автоматизированную) дозировку.
Принципиально современным уровнем технологии считают применение конвейерных дозирующих весов непрерывного действия в сочетании с вычислительными системами. Однако с учетом современных реалий по технико-экономическим показателям для конкретного электродного производства правомочен выбор любой из вышеуказанных схем. При ручной дозировке ведущим моментом является человеческий фактор, при механизированных и автоматизированных способах — факторы, связанные с вопросами истечения материалов, работы транспортных систем и др.
При выборе дозаторов сыпучих материалов необходимо, в первую очередь, учитывать комплексные показатели, отражающие влияние физико-механических характеристик сыпучих материалов [62, 63]. В электродном производстве, использующем широкую номенклатуру материалов с самыми разными свойствами, такой выбор должен быть индивидуален для каждого материала. Необходи
253
мо также учитывать технологические требования к процессу дозировки, условия эксплуатации оборудования. Для материалов взрывоопасных и способных к накоплению статического электричества должно быть предусмотрено взрывозащитное исполнение.
Особенности истечения сыпучих материалов во многом определяю! производительность и точность процесса дозировки. Кроме индивидуальных показателей (текучести, слеживаемости и др.), объемный расход сыпучего материала при свободном истечении во многом зависит от формы верхней части выпускного отверстия. Меньше всего он для отверстия с прямым углом на входе. Изменяя форму верхней части выпускного отверстия (закругления, конусные переходы и пр.), можно в несколько раз уменьшить время истечения несвязного сыпучего материала. На рис. 81 приведены данные о времени истечения одинакового количества материала через отверстия различной формы. Заметно зависит скорость свободного истечения от отношения диаметра емкости (бункера) к диаметру выходного отверстия, а также от угла наклона стенки (рис. 82).
Возможно пульсационное изменение во времени расхода сыпучего материала на выходе из отверстия. Это является следствием агрегатно-сдвигового механизма деформации зернистого слоя в зоне выпускного отверстия. При образовании сводовых структур равномерность истечения будет резко ухудшаться [641.
Рис. 81. Сравнительное время истечения материала через отверстия различной формы: а — ж — соответственно 67, 55,48, 40,33,20, 19 с
254
Рис. 82. Зависимость скорости свободного истечения сыпучего материала от угла а наклона труб разного диаметра D
Все вышеизложенное необходимо учитывать при оснащении дозировочного отделения.
Ручная дозировка. В настоящее время ручную дозировку компонентов сухой шихты применяют на производствах с небольшим объемом и широкой номенклатурой электродов по маркам и диаметрам. При этих условиях полная механизация процесса вряд ли целесообразна. Однако даже при малом объеме производства электродов (3000 т в год) следует создавать определенные условия, обеспечивающие необходимую точность взвешивания и облегчение груда дозировщика.
Элементарные расчеты показываю т, что при указанном объеме производства и нерациональном обустройстве рабочего места дозировщика он в течение смены должен пройти расстояние в 12-14 км и перенести более 4 т груза (учитывая массу тары и необходимость возврата в расходные бункеры избыточно взятых компонентов). Непродуманная организация рабочего места приводит к повышенной утомляемости рабочего, а как следствие — к снижению точности дозировки.
Для дозировки сухой шихты важен выбор весов, удобных в обращении и обеспечивающих достаточную точность.
В настоящее время промышленность выпускает большое количество моделей электронных одноплатформенных весов с необходимым диапазоном и требуемой точностью взвешивания, удобных в работе. Для фиксации результатов взвешивания весы могут быть связаны с компьютером и принтером.
255
Основным условием для оснащения участка ручной дозировки является такое расположение бункеров с отдельными компонентами электродных покрытий, весов и контейнеров (кюбелей) для сухой шихты, при котором дозировщик переносит компоненты на возможно меньшее расстояние. Простейшей является схема с расположением бункеров с готовыми компонентами полукругом вокруг рабочего места дозировщика с весами, причем сначала размещают наиболее употрсбимые материалы. Рациональна и реализация схемы, при которой бункеры с необходимыми компонентами сухой шихты и пустые контейнеры помещают на двух параллельных транспортерах с реверсивным перемещением. По команде дозировщика бункер с первым компонентом, подлежащим взвешиванию, устанавливают рядом с весами. По второму транспортеру, с другой стороны весов, устанавливают контейнер для сухой шихты. После взвешивания требуемой порции компонента транспортером подгоняют второй контейнер. Это продолжается до полного заполнения всех контейнеров первым компонентом. После этого к весам подгоняют бункер со вторым компонентом, который аналогичным образом дозируют в контейнеры, и т. д. При такой системе дозировки рабочий-дозировщик затрачивает минимум сил на переноску компонентов, производительность его труда и точность взвешивания возрастают. Преимущество приведенной схемы дозировки заключается также в том, что вытяжную вентиляцию располагают на ограниченной площади (бункер с компонентом, весы, контейнер с сухой шихтой).
Можно использовать и другую схему ручной дозировки, которая заключается в следующем: на стеллаж кран-балкой устанавливают бункеры с компонентами, необходимыми для изготовления заданной марки электродов. Параллельно линии бункеров по рельсовому пути двигают тележку с установленными на ней весами. На весы помещают пустой контейнер для отвешивания в него нарастающей массой каждого из компонентов (с учетом массы контейнера). Управление движением тележки целесообразно производить с пульта, расположенного на этой же тележке; в крайнем случае можно перемещать ее вручную.
При такой схеме дозировки местную вентиляцию осуществляют в зависимости от протяженности рабочей зоны с помощью телескопического, консольно-поворотного или консольного подъемноповоротного вытяжного устройств. Готовые порошки обычно передают на дозировку кран-балкой в небольших бункерах, вмещаю
256
щих 250-500 кг материала. В некоторых случаях бункеры подвозятся на ручных тележках. Все бункеры должны быть снабжены бирками с названием компонента и номером его партии.
Учитывая важность операции дозировки перед началом работы дозировщик обязан убедиться в наличии всех компонентов покрытия и соответствии их марок и номеров, указанным в карточке с рецептурой, переданной ему технологом. Затем с помощью кран-бал-ки бункеры устанавливают на линию дозировки в том порядке, в котором они приведены в карточке.
Точность весов следует контролировать ежедневно перед началом работы каждой смены, используя для этой цели контрольные гири. Дозировку целесообразно производить в специализированные контейнера, например с выдвижным дном (см. рис. 71). Такой тип контейнера дает возможность высыпать приготовленную шихту на последующих переделах, используя кран-балку.
Приведенные схемы, облегчающие труд дозировщика, не являются исчерпывающими. В зависимости от местных условий могут быть предложены и другие схемы. Однако во всех случаях они должны обеспечивать выполнение следующих требований: облегчение труда, обеспечение точности дозировки и строгое соблюдение норм техники безопасности.
Частично механизированные линии дозировки. Такие линии применяют обычно в электродных цехах средней производительности при изготовлении сравнительно небольшого числа марок электродов. Однако успешно их используют и для других условий.
В состав линии входят стационарные подвешенные бункеры с порошками компонентов электродных покрытий, готовых к применению. Число бункеров определяет номенклатура материалов, применяемых электродным производством. Каждый бункер с материалом снабжен течкой с затвором, который должен обеспечивать возможность плавной регулировки подачи материала в пределах от минимальных до максимальных его значений, плавность подачи, мгновенную остановку подачи и герметичность при достижении заданной массы.
Под линией бункеров на полу расположены рельсы, по которым вручную передвигают весовую тележку с установленным на ней контейнером необходимой вместимости с откидным дном. Компоненты дозируют в контейнер по нарастающей массе. Для этой цели тележка снабжена необходимым набором гирь, расположенных на специальной рейке тележки в строго определенном порядке. Это
17-9423
257
позволяет исключить возможность перепутывания компонентов шихты покрытия.
В простейшем варианте, подвозя тележку к первому бункеру, дозировщик навешивает соответствующую гирю на коромысло весов, заправляет брезентовый рукав, идущий от течки в контейнер, и открывает затвор. После отвеса первого компонента покрытия тележку передвигают ко второму бункеру и т. д. Если какой-либо компонент сухой шихты насыпан в большем количестве, излишек компонента отбирают совком из контейнера и пересыпают в емкость, стоящую рядом с бункером. Современные весовые тележки снабжены компьютерами, контролируемая выдача материалов из бункеров осуществляется после соответствующей команды.
При необходимости введения в сухую шихту небольших добавок каких-либо компонентов покрытия рядом с линией дозировки устанавливают торговые весы до 10 кг и емкости с необходимыми материалами. Дозировщик совком набирает нужный компонент, взвешивает и высыпает его в контейнер.
Вся линия снабжена вытяжкой в местах возможного пыления. Производительность такой линии достаточно высока и может обеспечить выпуск 15-20 тыс. т электродов в год.
Загрузка бункеров линии дозировки должна быть механизирована. Как правило, готовые сухие порошковые материалы загружают со второго этажа. Например, мрамор можно загружать непосредственно из циклона-осадителя после воздушной сепарации. Плавиковошпатовый концентрат, поступающий в бумажных мешках, может быть подан пневмотранспортом всасывающего типа (под разряжением) после его контрольного просева.
Для транспортировки ферромарганца и ферротитана также может быть использован пневмотранспорт. Однако в связи с возможностью их воспламенения и даже взрыва следует транспортировать эти порошки только в атмосфере газа, не поддерживающего горения. Для создания такой атмосферы, как правило, используют азот.
Для заполнения бункеров первого этажа порошками компонентов рационально использование вертикальной схемы переработки компонентов: измельчение в мельницах на третьем этаже, просев на ситах — на втором, после этого компоненты поступают в расходные бункеры на первом этаже.
Автоматизированные линии дозировки. При использовании таких линий дозировочное отделение становится наиболее автоматизированным участком технологической цепочки изготовления эле
258
ктродов. Конструкция бункеров и дозаторов должна быть приспособлена к физико-механическим свойствам самых различных материалов, входящих в состав покрытий. С точки зрения автоматизации процесс составления смесей порошков электродных покрытий должен учитывать его специфику: многокомпонентность; широту диапазона физико-механических свойств и масс дозируемых в одну и ту же порцию материалов; частоту смены задаваемых в производство составов смеси по видам, качеству, соотношениям ее составляющих, задаваемых рецептурой марок и партий электродов; цикличность технологического процесса; достаточную малотопнажность порций. Автоматизированная линия должна обеспечить проведение операции дозировки в контролируемых, воспроизводимых условиях, надежно исключающих влияние на результаты процесса человеческого фактора. При этом сам человек должен быть выведен из неблагоприятной по санитарно-гигиеническим показателям рабочей зоны.
Автоматизированное составление шихты включает основную операцию дозирования и вспомогательные операции транспортирования порошковых материалов к весоизмерительным устройствам, а затем — к промежуточной накопительной емкости или в смеситель сухой шихты.
Принципиальная схема автоматизированных линий дозировки, длительно эксплуатирующихся на нескольких крупных отечественных заводах, следующая: порошки готовых материалов после их приготовления на первом этаже передают пневмотранспортом с использованием вакуумного насоса типа РМК-4, создающим разряжение до 4 кПа, в бункеры-разгрузители, расположенные на третьем этаже. Транспортировка материалов под разряжением обеспечивает отсутствие запыленности в атмосфере цеха. Транспортировку ферромарганца и ферротитана также осуществляют пневмотранспортом в атмосфере азота, которым заполнены и бункеры-разгрузители для этих компонентов. После открытия шибера компонент пересыпают в соответствующий расходный бункер, подвешенный на втором этаже. Каждый из этих бункеров снабжен питателем, подающим материал на весы ДПЭ-20. Команда на это передается с центрального пульта управления.
Стандартные весовые дозаторы типа ДПЭ-20 имеют электромагнитное автоматическое или кнопочное управление. Они рассчитаны на взвешивание любых подвижных материалов с насыпной массой от 0,5 т/м3. Дозаторы снабжены лотковым или шнековым (диаметр шнека 100 мм) питателем.
17*
259
Техническая характеристика автоматических весовых
дозаторов типа ДПЭ-20: Вместимость ковша, м3...........................0,032
Наибольшая производительность, тп/ч...............1,2
Пределы взвешивания, кг..........................3-20
Допустимая погрешность, %: на один отвес 3-10 кг..........................0,1
10-20 кг.........................................1
на 10 порций...................................0,5
Мощность электродвигателя, кВт....................0,6
Габаритные размеры, мм: длина..........................................905
ширина.........................................785
высота........................................1185
Масса, кг.........................................200
Для автоматического отвеса компонентов, входящих в рецептуру покрытия в малых количествах, применяют весы типа ДВСТ-5 (отвес до 5 кг).
Отвешенный материал поступает на транспортер, расположенный под всей линией весов. Схема позволяет одновременно взвешивать несколько материалов. В качестве транспортера применены вибрационные трубчатые конвейеры с низкой частотой вибрации, позволяющие обеспечить высокую степень защиты от пылевыде-ления.
Низкочастотные трубчатые конвейеры существенно эффективней ранее рекомендованных высокочастотных конвейеров.
При перемещении отвешенных порций материалов на вибротранспортер следует обеспечить условия полного выхода материала из трубы. Для этого материалы с малой плотностью помещают в бункеры, расположенные ближе к концу конвейера. Тогда материалы с более высокой плотностью увлекают материалы с меньшей плотностью.
Из вибротрапспортера материалы поступают на первый этаж в смеситель сухой шихты. Однако практика показала недостаточную надежность работы линий.
Российскими и украинскими специалистами разработан восьмикомпонентный дозировочный комплекс с радиальным расположением расходных бункеров относительно весоизмерительного устройства (рис. 83) [65].
260
Техническая характеристика комплекса
Производительность, м3/ч........................1,5
Вместимость весового бункера, м3...............0,02
Погрешность дозирования, кг, не более..........0,05
Потребляемая мощность, кВт, не более............3,0
Габаритные размеры, мм...............6600x6600x5000
Разработанное весоизмерительное устройство состоит из весового бункера, оснащенного затвором, рычажно-циферблатными весами или тензометрическими преобразователями. В качестве транспортных средств используют питатели (тарельчатые, вибро-лотковые, шнековые и др.), а также тележки или конвейеры.
Дозировочные линии и комплексы механизированы и автоматизированы, что значительно повышает их технико-экономическую эффективность.
Благодаря модульному принципу конструирования конкретные дозировочные линии и комплексы компонуют в зависимости от
261
задач заказчика. Предусмотрено несколько вариантов компоновки и режимов функционирования дозировочных комплексов:
• отвешивание компонентов в едином режиме с одной электродо-изготовляюшей линией и приготовление порций смеси впрок, в том числе для нескольких одновременно работающих линий;
• привязка комплексов к одному из вариантов доставки исходных компонентов — в сменяемых расходных бункерах, пневмотранспортом, саморазгружающимися транспортными контейнерами и др. В состав комплекса входят восемь расходных бункеров, каждый вместимостью 0,5 м3, с конусным затвором и пневматическим сво-дообрушивателем; восемь виброшнековых или шнековых питателей производительностью 0,75 м3/ч; весодозирующий бункер с шиберным затвором и тензометрическим датчиком; пневмораспре-делительпый модуль и исполнительные пневмоприводы для обрушения сводообразующих материалов; микропроцессорный управляющий комплекс.
Использование сменных расходных бункеров с конусным затвором позволяет уменьшить потери сырья, снизить энергоемкость и трудоемкость вспомогательных операций, повысить технологическую маневренность комплекса. Встроенные в бункеры тангенциальные пневматические сопла обеспечивают обрушение сводообразующих материалов, благодаря чему достигается равномерная экстракция материала из бункера.
Виброшнековый питатель (рис. 84) обеспечивает подачу материала в весодозирующий бункер с регулируемой скоростью, что повышает точность дозирования по сравнению с обычными питателями. Повышению точности дозирования компонентов даже при большом разбросе весовых доз компонентов способствует также малый объем расходных бункеров.
Данная разработка ориентирована на использование отечественных прецизионных средств измерения массы, датчиков положения, шнековых питателей, шиберных и дисковых затворов и микропроцессорных контроллеров[65].
Линия дозирования Кр-ЛД оборудована бункерами, внутренняя поверхность которых покрыта специальным износостойким антиадгезионным составом, исключающим сводообразование и зависание на стенках сыпучих материалов. Дозирующие устройства на основе шнековых питателей обеспечивают в сочетании с электронными весами высокую точность дозировки, производимую или в специальные кюбели, или в мешочную тару. Компоненты в
262
Рис. 84. Виброшнековый питатель: 1 — загрузочный патрубок; 2 — установочная рама; 3 — винтовой транспортер; 4 — мотор-редуктор; 5 — внебалансный вибратор
бункеры загружают емкостью со специальным поплавковым затвором, исключающим пылевыделение [66].
Техническая характеристика линии дозирования Кр-ЛД
Количество компонентов............................8
Способ дозировки...................Механизированный
Тип питателя...............................Шнековый
Тип весов...............................Электронный
Пределы взвешивания, кг.......................0-150
Точность дозирования, г.........................±20
Вместимость емкостей, м3.....................1,2; 0,3
Количество емкостей, шт...........................По 4
Габаритные размеры, мм..............10000x2500x4000
263
Дозировочно-весовая система PV/ДМ в базовом варианте включает две группы по восемь бункеров, одна из которых рассчитана на малые отвесы, а другая — на крупные. Карусельная система расположения бункеров обеспечивает возможность подачи порошков из каждой группы шнековыми питателями на центральные весы-накопитель (мелкого или крупного отвеса) с последующей аккумуляцией общего отвеса. Система (рис. 85) компактна (6x6x8 м), управляется от центрального программируемого компьютера с полным документированием каждой смеси. Производительность такой системы 0,5-1 т/ч [67].
На многих зарубежных предприятиях такого рода линии успешно эксплуатируют длительное время. При этом преобладает башенная компоновка дозировочных линий, рассчитанных на широкую номенклатуру дозируемых материалов с использованием групповых дозаторов (рис. 86). Управление и контроль всеми функциями системы осуществляют в автоматическом режиме. Рецептуры вводят в управляющую ЭВМ. Микропроцессорные системы измере-
Рис. 85.
Дозировочновесовая система PWDM: 1 — бункеры для крутых отвесов; 2 — бункеры для мелких отвесов;
3 — шнековые питатели;
4 — весоизмерительная система;
5 — накопитель;
6 — смеситель шихты;
7 — приемный бункер;
8 — пульт управления
264
Рис. 86. Схема дозировочной линии «Эрликон»: 1 — бункеры для компонентов; 2 — пункт загрузки; 3 — контейнеры для взвешивания; 4 — бункеры малых компонентов; 5 — контроль общего веса; 6 — пневмотранспортер; 7 — сухой смеситель
ния, управления, контроля и обработки данных обеспечивают высокую скорость и точность, а также возможность идентификации электродов внутри каждой партии позамесно.
Важнейшим элементом системы дозирования является контроль точности. Разработанные рентгеноспектральные методы обеспечивают высокую степень надежности контроля [68]. В небольших производствах обычно выборочно контролируют общую массу замеса, но особенно важен подбор ответственного дозировщика.
Перемешивание, контрольный просев и хранение сухой шихты
Доза компонентов перед изготовлением обмазочной массы должна пройти сухое смешивание. Такое смешивание является важной промежуточной операцией, обеспечивающей в последующем равномерность состава обмазочной массы по всему объему, а в конечном итоге — стабильность химического состава наплавленного металла и металла шва.
Смесь порошков, входящих в состав электродного покрытия и разнообразных по качественным и количественным показателям,
265
имеет сложную связь между соприкасающимися частицами. Эту связь определяют как свойства частиц (природа их материала, форма и взаимное расположение, размеры), так и внешние условия (влажность, температура, наличие и знак электрических зарядов на частицах, усилие сдавливания и пр.). В процессе смешивания могут проявляться нежелательные эффекты: местные разогревы смеси, комкование, налипание, образование неразрушаемых агломератов из однородных частиц и пр. |69|. По указанным причинам для смесей электродных покрытий апробированы временем лишь несколько типов смесителей, обеспечивающих объемное смешивание требуемого качества. Отметим, что далеко не всегда качество смешивания можно улучшить увеличением времени перемешивания (рис. 87) [70].
При отработке режимов перемешивания сухой шихты используют химический или спектральный анализ по элементу-индикатору, определяя его содержание в пробах, отобранных в различных местах смеси. Чаще всего таким элементом является марганец, благодаря его присутствию в большинстве покрытий и отработанности методик точного его определения. На рис. 88 показано изменение во времени содержания другого индикатора, введенного в незначительном количестве (0,77%) [71].
На практике качество перемешивания можно проверить внешним осмотром однородности сухой шихты. Это делают следующим образом: на стол кладут лист бумаги, на который совком насыпают 100-200 г перемешанной сухой шихты. Затем нижней частью совка шихту раздавливают и разравнивают с некоторым нажимом. Если есть слипшиеся комочки какого-либо компонента, то при сдвигании совком они разрушаются и размазываются, оставляя при этом след, отличающийся от цвета основного фона.
В качестве оборудования для смешивания при большом объеме производства с использованием автоматизированной линии дозиров-
Рис. 87. Зависимость коэффициента вариации содержания элементов в шихте порошковой проволоки ПП-АН10 от времени смешивания в баночном смесителе
266
Рис. 88. Зависимость содержания элемента-индикатора в разных местах шихты от времени перемешивания
ки обычно применяют реверсивный смеситель конструкции Гипро-метиза, расположенный на первом этаже непосредственно под линией дозировки. Отдозированная сухая шихта самотеком попадает в смеситель, в котором перемешивается в течение установленного времени. Смеситель Гипрометиза (рис. 89), обеспечивает достаточно высокую производительность процесса и однородность сухой шихты.
На производствах с небольшим или средним объемом выпуска электродов для перемешивания сухой шихты могут служить также или шаровая мельпица с периодической загрузкой, или смеситель типа «пьяная бочка». Загрузку сухой шихты в эти смесители производят из контейнера с выдвижным дном, который кран-балкой устанавливают над люком мельницы или «пьяной бочки». При этом используют соответствующие приспособления для установки контейнера и соблюдают условия, предохраняющие рабочее место от пыли. Рационально использование специальных кюбель-смеси-телей: количество пыли, выделяющейся из такого кюбеля во время выгрузки составляет 1,7мг/м3, а из «пьяной бочки» — 11 мг/м3. Существуют специальные смесители для перемешивания сухих
267
Рис. 89. Схема реверсивного смесителя Гипрометиза: 1 — внутренний шнек для выгрузки шихты при изменении направления вращения; 2 — лопасти для перемешивания шихты; 3 — обечайка смесителя; 4 — внутренний шнек для загрузки сухой шихты; 5 — реверсивный двигатель
смесей электродных покрытий, например модели РкСС-50 (рис. 90, табл. 55). При наличии быстродействующих смесителей сухое перемешивание может производиться в них.
Для гарантии от наличия посторонних включений в некоторых случаях сухую перемешанную шихту дополнительно просеивают на механическом или вибрационном сите со стороной ячейки сетки около 1 мм. Это легче всего осуществлять на автоматизированных линиях с вертикальным расположением оборудования, что позволяет материалу перемещаться самотеком от одного участка к другому.
Рис. 90. Внешний вид смесителя сухой шихты РкСС-50
268
Таблица 55. Техническая характеристика смесителей сухой шихты
Параметр Барабанный смеситель Гипрометиза РкСС-50
Вместимость рабочего объема, л 80 80
Масса загружаемой шихты, кг, макс. 200 50
Скорость вращения, об/мин. 28 24
Продолжительность смешивания, мин >15 <10
Время разгрузки, мин 2 -
Габаритные размеры, мм 1690x1270x1120 1500x1400x1300
Масса, кг 1180 213
Готовую сухую шихту хранят отдельными порциями, подготовленными к приготовлению обмазочной массы. Не может быть рекомендовано ссыпание в большую емкость приготавливаемых сухих замесов: 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 обеднен легирующими элементами, а при изготовлении электродов из последних порций перелегирован. Следствием и в том, и в другом случае будет неисправимый брак.
Если по каким-либо причинам во время хранения готовой смеси произошло ее увлажнение, то сушку во избежание комкования целесообразно производить в электрической барабанной печи типа СБО-7.10/5с-Б1, совмещающей процесс смешивания и сушки.
Техническая характеристика печи СБО-7.10/5с-Б1
Установленная мощность, кВт....................33,5
Мощность нагревателей, кВт.......................32
Напряжение питающей сети, В.....................380
Максимальная рабочая температура, °C............600
Производительность, кг/ч........................100
Единовременная загрузка, кг..............100-150
Габаритные размеры, мм................3490x1530x1930
Масса, кг......................................4000
269
Глава 9.
Приготовление обмазочной массы
Требования, предъявляемые к обмазочной массе
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-
270
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 < 138. 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 < 138, способную сравнительно легко истекать из головки пресса,
Рис. 91. Влияние толщины пленки 5 жидкого стекла и диаметра частиц d на способность обмазочной массы к истечению: а — легкое истечение; б — затрудненное истечение
271
добавить до примерно 60% (по объему) крупных фракций с диаметром D~i0d, 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, ферросиликомарганец, 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 нс обеспечивает обмазочную массу с необходимыми рабочими свойствами.
272
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 карбокси-метилцеллюлоза (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-c) 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
18 - S-423
273
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 (Na2CO3) 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-жеопресовапных 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 на-триево-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 И.
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 плавиковопшатового 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 натриевого альгинатов в количестве до 0,5%. Вместо КМЦ и альгинатов допускается использование поташа в таком же количестве.
ib-
275
Оборудование для приготовления обмазочной массы
Приготовление обмазочной массы производят в различных смесителях, конструкция и характеристика которых имеют важнейшее значение для формирования требуемых свойств обмазочной массы. Наиболее распространены в электродном производстве до сих пор бегунке >вые смесители. Среди них конструктивно весьма простой смеситель типа СБ-1 разработки МОСЗ (рис. 93).
Техническая характеристика бегунковых смесителей:
СБ-1 1А11
Скорость вращения бегунков, мин~1.37.............30
Масса загрузки, кг............30-180..........0,25 м3
Производительность............450 кг/ч......До 5 м3/ч
Внутренний диаметр чаши, мм..... 1200......... 1670
Мощность мотора, кВт................7.........10-14
Количество бегунков.................1.............2
Размеры бегунков, мм: диаметр.....620...........700
высота........ 125...........200
Габаритные размеры, мм.. 2200x1250x1300.. 1700x1700x1700
Масса, кг....................... 1260.............-
Внутри неподвижной цилиндрической чаши такого смесителя с небольшой скоростью движется массивный цилиндрический бегу-
-2400
Рис. 93. Бегунковый смеситель типа СБ-1: 1 — мотор; 2 — чаша смесителя; 3 — бегунок; 4 — люк;
5 — редуктор
276
нок. Помимо кругового движения по чаше он вращается вокруг своей оси, раздавливая и перемешивая массу. Наезжая на обмазочную массу, каток приподнимается на кронштейне на высоту, определяемую сопротивлением массы. Со стенок, днища и внутренних частей смесителя обмазочную массу счищают установленные внутри на разной высоте вращающиеся ножи — скребки. Некоторые конструкции смесителей оборудованы двумя бегунками. Готовую обмазочную массу выпускают через люк в днище, открываемый во время вращения бегунка.
Смеситель СБ-1 может быть модернизирован с оснащением откидной крышкой с противовесом. Это упрощает очистку чаши смесителя после каждого замеса, а также ремонт и замену износившихся деталей. К крышке смесителя подводят трубопровод вентилятора для удаления пыли из зоны обслуживания. Очистку воздуха от пыли производят рукавным фильтром. Смеситель оснащен опрокидывателем, конструкция которого облегчает загрузку сухой шихты. Грузоподъемными устройствами в опрокидыватель устанавливают типовой контейнер для шихты, опорожняемый вращением переворотного устройства. Конструкция опрокидывателя исключает пыление [77].
Время приготовления замеса в бегунковом смесителе достигает 15-20 мин. Оперативно однородность смешивания устанавливают внешним осмотром массы, которая имеет сходство с готовой формовочной землей. В изломе не должно быть посторонних включений, частиц сухой шихты, отдельных непромешанных компонентов. Цвет массы должен быть однородным по всему объему. При раздавливании кусочка массы между большим и указательным пальцем должно ощущаться ее пластичное течение.
Бегунковые смесители не отвечают современным требованиям к качеству приготовления обмазочной массы. Несмотря на достаточно длительное время, не всегда достигается нужная равномерность перемешивания. На внутренних рабочих деталях, а часто и на стенках чаши остаются приставшие кусочки массы, которые засыхают и в виде твердых частиц (так называемых «сухарей») попадают в замес. Наличие же даже единичных кусочков засохшей массы нарушает в последующем нормальный процесс опрессовки, вызывая эксцентричное расположение покрытия вокруг стержня. Мокрая очистка бегунковых смесителей экологически несовершенна.
Лучшее качество приготовления обмазочной массы обеспечивают роторные смесители системы «Вернер» с Z-образными рабочи-
277
Таблица 56. Техническая характеристика универсальных противоточных смесителей
Параметр УПС-170 ЛВС 120Э С 250 РкСМ-50 R 07
Мощность привода, кВт:
чаши 4 5,5 4 1,1 7,5
ротора 11,5/14,5 4 11-14 2.2 16/20
Максимальная загрузка, кг 300 200 200 50 120
Скорость вращения, мин *:
чаши 18 8 15 13 77
ротора 167/334 1000 160-320 280 730/1460
Габаритные размеры, мм 1700х 2150x1900 2000х 1750x1760 1850х 1950x1620 2100x1230 х2100 1950x1210 х1380
Цикл приготовления массы, мин 3,5-5 5-6 2 6 10 макс. 1-5
Масса, т 2,8 — 2,4 0,75 0,94
ми органами и водоохлаждаемым корпусом. Однако необходимое время перемешивания в них достаточно продолжительно.
Качественно другую обмазочную массу получают на интенсивных смесителях с высокоскоростными рабочими органами. В таких смесителях производят непосредственно одну за другой операции сухого и влажного (с жидким стеклом) смешивания. Универсальные противоточные смесители обеспечивают быстрое и равномерное перемешивание шихты по всему ее объему. В настоящее время применяют противо точные смесители (табл. 56).
В противоточных смесителях перемешивание шихты производит быстроходный двухскоростной ротор при одновременном медленном вращении в противоположную сторону чаши смесителя. В таких смесителях чаша установлена наклонно (рис. 94), и только в модели ПВС-120Э — вертикально, что хотя и удобно в работе, но меняет схему перемешивания.
За рубежом на электродных производствах весьма распространены противоточные интенсивные смесители различных моделей фирмы «Айрих», реализующих принцип встречных потоков (рис. 95, 96). Эффект качественного смешивания в таких смесителях обеспечивают: вращающаяся чаша, непрерывно подающая смешиваемый материал в область эксцентрично расположенного быстро-
278
Рис. 94. Схема быстродействующего противоточного смесителя:
1 — съемный бункер с сухой шихтой; 2 — приемная воронка;
3 - вращающаяся чаша: 4 — двухскоростной ротор;
5 — разгрузочный люк; 6 — тележка для готовой массы
вращающегося ротора с образованием встречных потоков смешиваемого материала с высокой разностью скоростей; наклонное расположение чаши смесителя, которое в сочетании с неподвижным регулятором движения материала обеспечивает постоянную вертикальную составляющую потока смеси; универсальный рабочий инструмент, предотвращающий налипание массы на стенки чаши.
При работе быстродействующего противоточного смесителя траектории частиц компонентов перекрещиваются, ударяясь друг о друга, частицы отклоняются от своих траекторий. Они также с большой частотой отражаются от стенок чаши и рабочих инструментов, причем последние снова захватывают их и ускоряют. При
279
Рис. 96. «Айрих» — смесительный принцип
таком постоянном поступлении завихренных частиц в зону рабочего инструмента в рабочем объеме смесителя не наблюдаются зоны застоя, обеспечивается быстрое и полное перемешивание. Характеристика модели R07 смесителя «Ай-рих» приведена в табл. 56 [78]. Накопленный опыт подтверждает, что в электродном производстве смесители такого типа обеспечивают высокую эффективность гомогенизации обмазочной массы в более су
хом, рассыпчатом виде, без комкования; возможность уменьшения количества связующего; повышение пластической прочности покрытия. Рабочий инструмент мало изнашивается, сами смесители удобны в обслуживании и ремонте. В то же время для обмазочных масс с большим содержанием текстурированных компонентов (целлюлозы, слюды) рационально использование смесителей с эффектом раздавливания массы, например типа КН-101, оснащенных как ротором, так и катком.
При работе на быстродействующем смесителе после загрузки его шихтой необходимо плотное закрытие крышками воронки на за!рузочной площадке и чаши смесителя. Должна быть обеспечена высокая степень герметизации, предотвращающаяся выделение пыли в рабочее помещение. Сухое перемешивание шихты производят в течение одной минуты при меньшей скорости вращения ротора. После остановки смесителя заливают жидкое стекло, смеситель снова герметизируют. Затем производят перемешивание шихты с жидким стеклом. Опыт работы МОСЗ показывает, что хорошее качество перемешивания обеспечивают за 4 мин общего времени работы смесителя: 2 мин — на меньшей скорости вращения ротора плюс 2 мин — на большей (для конкретных условий возможно некоторое уточнение). Выгрузку шихты производят через нижний разгрузочный люк в тележку (в смесителях R07, РкСМ-50 чаша опрокидывается).
Важным элементом технологии приготовления обмазочной массы является порядок и точность введения жидкого стекла, а также плас-
280
Таблица 57. Техническая характеристика дозаторов
Параметр Гипрометиз ВНИИМаш Ротекс
Вместимость бачка, м3 0,045 — —
Порция связующего, подаваемого за один импульс, см3 — 500 —
Точность отмсра, % 2-3 — 30 мл
Рабочее давление в цилиндре, МПа 0,4 — 0,12
Производительность насоса, л/мин — 11,5 18
Привод Пневматический Электрический, 1 кВт Электрический, 1,1 кВт
Габаритные размеры, мм:
длина 970 565 250
ширина 700 370 600
высота 1215 925 300
тификаторов. Для введения точно отвешанной порции жидкого стекла применяют специальные дозаторы (табл. 57) или мерные емкости.
Процесс приготовления обмазочной массы
Участок приготовления обмазочной массы по своему значению является одним из определяющих качество электродной продукции. Он должен иметь хорошее освещение, приточно-вытяжную вентиляцию, подведенную горячую и холодную воду. Чаша смесителя обмазочной массы должна быть закрыта и обеспечена вытяжной вентиляцией. Желательно вытяжку из смесителя производить через матерчатый, легко очищаемый, лучше самовстряхивающийся, фильтр. Это предохранит от уноса в процессе приготовления обмазочной массы большого количества пылевидных фракций, в первую очередь легких — органических пластификаторов, слюды и др.
Все скребки в чаше смесителя должны быть тщательно подогнаны и закреплены. Емкости для жидкого стекла, предназначенного для применения, следует термостатировать. В связи с большим влиянием температуры на вязкость жидкого стекла, его температуру желательно поддерживать в пределах 18-23 °C. Дозировку жидкого стекла в смесители следует производить дозаторами, обеспечивающими точность не ниже ±2-3% по объему.
281
Разгрузочный люк для обмазочной массы должен плотно закрывать днище смесителя, не оставляя щелей, через которые могла бы высыпаться сухая шихта или вытекать жидкое стекло.
Емкость для готовой обмазочной массы должна иметь форму, позволяющую легко очищать остатки массы от предыдущего замеса. Сухую перемешанную шихту подают в специальном контейнере (кюбеле) с откидным конусным дном, позволяющим легко высыпать шихту в смеситель через отверстие в кожухе. Возможны и другие конструкторские решения в зависимости от конкретных условий организации производства.
Приготовление обмазочной массы следует начинать с подготовки смесителя к работе. Смеситель и емкость для готовой обмазочной массы должны быть сухими и тщательно очищенными от остатков обмазочной массы предыду щего замеса.
Засыпанная в смеситель сухая шихта разравнивается за счет включения смесителя на 10-15 с. На сухую шихту выливают жидкое стекло в количестве 95-97% от его массы, предусмотренной технической документацией. После этого производят перемешивание сухой шихты с жидким стеклом. За 1-3 мин до окончания смешивания (в зависимости от типа смесителя) вводят последнюю порцию жидкого стекла (3-5%). При жестко закрепленных параметрах технологического процесса возможно одномоментное введение всей порции жидкого стекла. Выливать жидкое стекло в смеситель небольшими порциями нс следует. Это может привести к образованию твердых комочков из слипшейся густой обмазочной массы, смоченных по поверхности последними порциями жидкого стекла. Такая обмазочная масса, как правило, вытекает из головки пресса неравномерно,'способствуя эксцентричному расположению покрытия.
Все применяемые пластификаторы, за исключением поташа, вводят в сухую шихту при ее дозировке. Использующийся в качестве пластификатора полутораводный поташ (кальцинированный поташ непригоден) перед его применением растирают для избавления от комков и увлажняют. Для этого на 1 кг поташа добавляют 100 мл воды и перемешивают. Увлажненный и перемешанный поташ по возможности равномерно рассыпают по поверхности обмазочной массы, находящейся в смесителе, за 1-2 мин до окончания приготовления обмазочной массы.
Во всей технологии изготовления электродов операция приготовления обмазочной массы является одной из определяющих конечное качество продукции. Необходимым требованием к готовой
282
обмазочной массе является се однородность по объему, так как только при этом можно обеспечить как гарантированную стабильность ее свойств при опрессовке, так и (что гораздо важнее) стабильность состава электродного покрытия, а также эксплуатационную надежность металла шва в сварных конструкциях. В наибольшей степени это справедливо для электродов специального назначения, состав покрытий которых разнообразнее по номенклатуре, концентрации и свойствам входящих компонентов. По изложенным причинам, помимо органолептического контроля, необходим достаточно оперативный контроль состава смеси.
К настоящему времени в электродном производстве положительно зарекомендовал себя как для указанных целей, так и при контроле составов наплавленного металла, электродных стержней, сырьевых материалов, рснтгепоспектральный флуоресцентный анализ (РСФА). Разработанное методическое и программное обеспечение рассчитано на использование стационарных рентгеновских многоканальных спектрометров (СРМ-20М, СРМ-25, PWl'iOO «Филипс» и др.) в сочетании с персональным компьютером. Обслуживание таких систем требует достаточно высокой квалификации персонала. Помещения должны быть специально оборудованы. Проще при достаточных технических возможностях такого оборудования использование малогабаритной портативной переносной аппаратуры (Барс-3, Спектроскап, Спарк и др.), которая может быть установлена в цеховых помещениях [791.
Следует иметь в виду, что внедрение конкретной методики РСФА требует индивидуального решения вопросов оптимизации методики гомогенизации порошка (рис. 97), выбора и подготовки эталонных образцов, подбора расчетных формул, разработки программного обеспечения, метрологического обеспечения методики. Специфическое программное обеспечение, построенное по блочному принципу и разработанное в ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины, базируется на способе, позволяющем минимизировать число потребных стандартных образцов.
В отличие от классических методов химического и спектрального анализа, метод позволяет проводить контроль на разных стадиях производства за промежуток времени, соизмеримый с временем технологического цикла изготовления электродов. Так, время, необходимое для контроля состава сухой смеси, обмазочной массы или готового покрытия (без учета времени на пробоподготовку), составляет не более 10 15 мин. Точность анализа можно оценить
283
Размер частиц, мкм
Рис. 97. Зависимость интенсивности аналитических линий элементов шихты электродов марки УОНИ-13/55 от времени измельчения (а) и размера частиц (б)
по данным, приведенным в табл. 58, где дано сравнение результатов контроля шихты различного состава, приготовленной из эталонного сырья, с расчетными показателями [80, 81].
Подготовку проб образцов сырьевых материалов, сухой шихты, обмазочной массы или покрытия готовых электродов проводят механическим измельчением на виброизмельчителе типа ИВ-Микро или на чашечном истирателе ИВ-1. Чаша истирателя, закрепленная на платформе, совершает круговые колебания в горизонталь-
284
Таблица 58. Сравнение РСФА элементов в шихте электродов (2) с расчетным составом (1)
Контролы-руемый элемент Содержание, масс. %, для электродов марок
ОМА-2 ОЗЛ-17У ЭА-400/10У МНЧ-2 ЭН-60М
Кремний:
1 3,25 0,22 2,85 2,8 4,95
2 3,20-3,21 0,21-0,22 2,25 2,26 2,7-2,8 5,04
Марганец:
1 6,9 10 9,8 9 1,6
2 6,8-6,9 9,93-9,96 9,76-9,81 8,9-9,0 1,64
Тиган:
1 13,8 15,3 2,94 Отсут-ствует 2,95
2 13,7-13,8 15,3-15,4 2,95-2,99 2,85
Ниобий:
1 Отсут-ствует 1,78 Отсутствует
2 1,78-1,81
Хром:
1 Отсут-ствует 5 4,9 Отсут-ствует 6,2
2 4,8-4,9 4,8 6,19
Молибден:
1 Отсут-ствует 2,5 0,98 Отсут-ствует 1,8
2 2,3-2,5 0,95-0,96 1,76
ной плоскости. При этом кольцо совершает обкатку по стенкам чаши, а ролик — по стенкам кольца. Время измельчения устанавливают таймером. Вместимость чаши при загрузке 20-50 см3. Размер измельчаемых частиц не более 3 мм. Скорость вращения чаши 1500 мин-1. Время технологического цикла 1-30 мин. Мощность электродвигателя 0,37 кВт, питающее напряжение 380 В. Габаритные размеры истирателя 400x350x400 мм, масса 54 кг.
Затем из подготовленных порошков на подложке прессуют круглые диски-излучатели, обычно диаметром 40 мм.
При контроле состава наплавленного металла используют ана-гичные металлические образцы. Опыт показывает, что при отра-танной технологии наплавки и изготовлении образцов обеспечи
285
вается совпадение с данными анализа, получаемыми на наплавках, выполненных по ГОСТ 9466 75.
В технической литературе описан также метод оперативного контроля химического состава шихты с помощью переносной портативной (масса 5 кг) радиоизотопной аппаратуры, который позволяет выполнять экспресс-анализ в условиях цеха |82]. Он основан на облучении контролируемой смеси гамма-квантами радионуклида с последующей регистрацией характеристического излучения элементов. В датчиках двухкапального гамма-спектрометра, имеющего автономное питание 12 В регистрирующей аппаратуры, радионуклиды экранизированы свинцовым покрытием толщиной 3 мм, поглощающим гамма-кванты до допустимого уровня. К недостаткам такого метода относится его неприменимость для контроля содержания легких элементов, в т. ч. Al, Si, Са и т. п.
Технологическую готовность обмазочной массы определяют органолептически: она должна комковаться в руке при сильном сжатии. При ее сдвигании между большим и указательным пальцами должно наблюдаться течение массы. Готовую обмазочную массу высыпают в соответствующую емкость и направляют на последующие операции: изготовление брикетов или при наличии безбрикет-ных прессов — непосредственно на опрессовку. При длительном хранении брикеты и обмазочная масса подсыхают и теряют пластические свойства. Особенно заметно это проявляется на обмазочных массах основных покрытий. Поэтому желательно промежуточное хранение готовой обмазочной массы во влажной среде.
Отработанная и стабильная технология подготовки компонентов сухой шихты, применение одних и тех же пластификаторов, а также стабильное качество растворов жидкого стекла, стандартная его дозировка и закрепленная технология приготовления обмазочной массы обеспечивают одинаковые ее рабочие характеристики. Однако изменение какого-либо параметра технологии изготовления электродов может повлечь за собой изменение и свойств обмазочной массы.
Существуют лабораторные методы определения пригодности обмазочной массы для изготовления электродов в непрерывном процессе. Однако на это требуется сравнительно большое время. Поэтому составитель обмазки, занятый приготовлением обмазочной массы, должен приобрести навык в определении пригодности обмазочной массы. От его квалификации во многом зависит конечное качество изготовленных электродов.
286
Глава 10.
Нанесение покрытия на стержни
Технологическая схема процесса нанесения покрытия методом опрессовки
В настоящее время нанесение покрытия на стержни практически производят только способом опрессовки под высоким давлением на специальных агрегатах. Такой способ позволяет полностью механизировать весь цикл от подачи прутков и нанесения покрытия до термообработки и последующей упаковки электродов. Метод окунания применяют исключительно при нанесении покрытия на литые или кованые прутки, подача которых в опрессовочный агрегат затруднена из-за существенных колебаний их размеров по диаметру.
Опрессовочный агрегат представляет собой технологическую линию, обычно включающую механизм для подачи стержней (прутковый питатель) 1, электродообмазочный пресс 2, приемопередающий транспортер 3, зачистную машину 4 (рис. 98). При по
Рис. 98. Схема технологической линии опрессовки электродов: 1 — прутковый питатель; 2 — электродообмазочный пресс; 3 — прие-мопередающий транспортер; 4 — зачистная машина
287
точном серийном производстве линию дополняют печью для термообработки электродов и оборудованием для их упаковки.
Электродные прутки загружают в бункер пруткового питателя, который при помощи ворошителя (качающихся валков) обеспечивает непрерывную поштучную выдачу прутков из бункера в систему роликов и их подачу в обмазочную головку электродообмазочного пресса.
Обмазочную массу загружают в обмазочный цилиндр пресса, чаще всего в виде брикетов, изготавливаемых на брикетировочных прессах. Для массового изготовления электродов общего назначения используют и безбрикетные агрегаты с повышенной вместимостью рабочего цилиндра пресса, расположенного обычно вертикально. Под давлением поршня масса поступает в обмазочную головку. Туда же подаются прутки. Электродообмазочный пресс осуществляет непрерывное выдавливание обмазочной массы и нанесение ее на прутки в момент их прохождения через обмазочную головку. Наиболее распространены гидравлические прессы, реже применяют механические и весьма ограниченно — шнековые. Гидравлические прессы обеспечивают возможность плавного регулирования объема массы, выдавливаемой в единицу времени. Отличием для прессов одного и того же типа является угол подачи прутков к подаче обмазочной массы. Имеются прессы, в которых прутки к потоку массы подводятся под углом 90° в горизонтальной или вертикальной плоскостях 45°, а также соосной подачей прутков (0°).
Наиболее распространены одноцилиндровые гидравлические прессы с горизонтальным расположением цилиндров при несоосной подаче прутков и с загрузкой обмазочной массы брикетами. Такие прессы работают в периодическом цикле с остановкой операции опрессовки на время зарядки массы.
С целью снижения потери времени на перезарядку обмазочного цилиндра обмазочной массой практикуют замену выработанного цилиндра другим цилиндром (стационарным или съемным), заранее заполненным массой. В ряде случаев рациональна может быть работа двумя прессами на одну конвейерную печь (работа «тандем»). В этом случае потери времени на зарядку сведены до минимума.
На выходе из обмазочной головки электроды калибруются калибрующей втулкой (фильерой), изготавливаемой из твердого сплава. Ее внутренний диаметр определяет наружный диаметр готового электрода. В прессах всех конструкций, за исключением соосных, калибрующую втулку можно перемещать в осях относи
288
тельно положения прутка с целью избежания разнотолщинности покрытия.
Выходя из обмазочной головки со скоростью до 1200 шт./мин, электроды, имеющие относительно прочное покрытие, попадают на приемопередающий транспортер. Последний служит для приема электродов от электродообмазочного пресса и передачи их на транспортер зачистной машины. Конструкция приемопередающего транспортера допускает возможность изменения угла наклона приемной ленты и обеспечивает плавное регулирование ее скорости в широком диапазоне значений.
Зачистная машина служит для удаления покрытия с одного конца электрода под электрододержатель и зачистки торца другого (контактного) конца. На зачистной машине выполняют также дополнительные операции маркировки покрытия и нанесения ионизирующей пасты на контактный торец электрода. Независимо от конструкции машины принцип зачистки электродов одинаков, различия обычно заключаются в конструкции прокатчика, размещении узлов зачистки и инструменте. После узла зачистки электроды поступают на термообработку.
Брикетирование обмазочной массы
Как уже отмечалось, загрузку обмазочных цилиндров электродообмазочных прессов осуществляют чаще всего обмазочной массой, спрессованной в виде брикетов. Это обеспечивает уменьшение вспомогательного времени, удобно для загрузки, а главное уменьшает количество воздуха, попадающего с обмазочной массой внутрь рабочего цилиндра электродообмазочного пресса и нарушающего в последующем стабильность истечения обмазочной массы. Для изготовления брикетов служат брикетировочные прессы, техническая характеристика которых (табл. 59) согласована с характеристикой соответствующих электродообмазочных прессов.
Схема брикетировочного пресса типа ОСЗ-2 показана на рис. 99, а внешний вид более современного ПБ-5000 — на рис. 100. Обмазочную массу, выгруженную из смесителей, помещают на наклонные столы (склизы). На склиз массу подают в специальных контейнерах или механизировано — шнековым питателем.
Повышение производительности брикетирования может быть достигнуто применением многоцилиндровых брикетировочных прессов.
19-9-423
289
Таблица 59. Техническая характеристика брикетировочных прессов
Параметр АОЭ-3 ОСЗ 2 осз-з ПЭГ-5000 АОЭ-4
Усилие пресса, т 30 10 30 30 40
Рабочее давление насоса, МПа 4,9 4,9 4,9 6,4 20
Размеры обмазочного цилиндра, мм:
длина 500 400 500 — 560
диаметр 165 110 165 175 165
Длина брикета, мм 260 250 280 140180 230
Скорость хода поршня, м/мин:
вверх 1,6 2,5 1,6 — 6
вниз 1,9 3,3 1,9 — —
Мощность мотора, кВт 7 4,5 7 5,5 7,5
Габаритные размеры, мм:
длина 2000 1150 2000 1590 1825
ширина 710 700 710 1350 900
высота 1100 1200 1200 2140 1505
Масса, кг 1800 880 1750 2100 2660
Рис. 99. Схема брикетировочного пресса: 1 — масляный бак; 2 — электромотор; 3 — масляный насос; 4 — рабочий цилиндр; 5 — масляный цилиндр
290
После заполнения массой рабочего цилиндра брикетировочного пресса его запирают крышкой и включают мотор. После достижения заданного давления брикетирования, контролируемого по манометру, брикет выдерживают для лучшего уплотнения некоторое время под давлением. Готовый брикет должен быть гладким, плотным, сохранять форму и не расплющиваться под собственной массой.
Существенное значение для сохранения пластичности обмазочных масс имеют длительность и условия хранения брикетов, особенно для покрытий основного вида. При подсыхании брикетов за межоперационное время хранения меж
ду их приготовлением и зарядкой цилиндра электродообмазочного пресса на их боковых и особенно торцевых поверхностях образуется
сухая корка, приводящая при последующей опрессовке к появлению так называемых «сухарей» в обмазочной массе, а в конечном итоге — к эксцентричности покрытия. Поэтому брикеты нельзя заготавливать
впрок; для кратковременного хранения их желательно размещать в специализированных контейнерах с повышенной влажностью атмосферы. Возможно увлажнение поверхностей брикетов влажной щеткой перед помещением в цилиндр электродообмазочного пресса.
Прутковые питатели
В бункер пруткового питателя стержни загружают обычно из специальных контейнеров через открывающуюся в их дне щель. Оттуда с помощью ворошителя прутки попадают в магазин бункера. Затем стержни, опускаясь один за другим под действием собственной тяжести, поступают в расщелину захватывающих коничсс-
19-
291
Рис. 101. Магазин пруткового питателя (вид сзади): 1 — прутки (электродные стержни); 2 — качающиеся валки (ворошитель); 3 — направляющие планки; 4 — захватывающие ролики
ких роликов (рис. 101). Последние передают их на тянущие ролики, протягивающие стержни впритык один за одним в головку электродообмазочного пресса. Прутковые питатели имеют привод постоянного тока с регулируемой скоростью I юдачи стержней.
Прутковый питатель показан на рис. 102, а технические характеристики ряда питателей приведены в табл. 60. Основное отличие известных конструкций прутковых питателей заключается в расположении захватывающих и тянущих роликов. В одном случае ролики вращаются в горизонтальной плоскости (рис. 103), в другом — в вертикальной (рис. 104).
Рис. 102. Прутковый питатель: 1 — бункер для прутков (электродных стержней);
2 — мотор ворошителя;
3 — качающиеся валки (ворошитель);
4 — станина питателя; 5 — мотор для вращения захватывающих и подающих роликов
292
Таблица 60. Техническая характеристика прутковых питателей
Параметр АОЭ-3 ОСЗ 2 ОСЗ 3 АОЭ-4
Размер стержней, мм:
длина 350-450 250-450 250-450 250-450
диаметр 4-8 2-10 2-10 1,6-8,0
Скорость вращения тянущих роликов, м/мин 70-297 45-180 70-330 30-600
Скорость подачи прутков, шт./мин, длиной, мм:
450 155 660 100-400 155-660 __
350 200-850 128-510 265 848 —
300 — 150-600 310-990 —
Мощность электродвигателя, кВт 6,5 2,8 До 6,5 8
Габаритные размеры, мм 1750х 860x1650 1400х 820x1570 1650х 860x1656 —
Обычно питатель имеет одну пару конических захватывающих роликов и одну или две пары тянущих. Конические захватывающие ролики с углом чаше всего 7° выбирают прутки из магазина бункера и по подводящим втулкам направляют их в тянущие ролики.
Распространены две конструкции тянущих роликов: ролики с канавками, на которые кладется пруток, который сверху поджимается подпружиненным таким же роликом, или аналогичные по конструкции захватывающим с поджимом сверху подпружиненным роликом в виде диска. Для обеспечения непрерывной, без за-
Рис. 103. Схема горизонтального расположения роликов пруткового питателя: 1 — захватывающие ролики; 2 — пруток (электродный стержень); 3 — тянущие ролики
293
Рис. 104. Схема вертикального расположения роликов пруткового питателя: 1 захватывающие ролики; 2 — тянущие ролики; 3 — проводка (втулки или трубка, направляющие прутки в головку пресса); 4 — прутки (электродные стержни)
зоров подачи стержней скорость вращения захватывающих роликов выше, чем скорость вращения тянущих. Опережение обычно составляет 1,7 раза.
Движение стержней между роликами и от роликов в обмазочный узел пресса происходит в проводках, которые могут иметь различную конструкцию. Четкость подачи стержней зависит от качества наладки пруткового питателя, состояния поверхности роликов, качества изготовления электродных стержней (кривизна, заусенцы. подгиб концов, наличие коротышей, состояние поверхности), технических характеристик втулок проводки (см. табл. 64).
Электродообмазочные прессы
Элсктродообмазочный пресс выдавливает обмазочную массу и наносит ее на стержни в момент их прохождения через обмазочный узел (обмазочную головку) пресса. Как уже отмечалось, чаще используют одноцилиндровые прессы с горизонтальным расположением цилиндра. Среди них распространен пресс ОСЗ 3 (рис. 105) с цилиндром вместимостью 18 л. Зарядку пресса производят тремя
294
Рис. 105. Электродообмазочный пресс типа ОСЗ-3:1 — головка пресса; 2 - обмазочный цилиндр; 3 — поршень; 4 — масляный насос; 5 — масляный цилиндр; 6 — станина
заранее приготовленными брикетами при поршне, отогнанном в крайнее заднее положение. Время, необходимое для загрузки трех брикетов, составляет 1 мин. Вместе со временем перемещения поршня в крайнее заднее положение и его возвратом в рабочее положение вспомогательное время равно 1,5 мин.
Время цикла определяют диаметр стержня, толщина покрытия и скорость опрессовки. Например, при опрессовке спецэлектродов диаметром 4 мм, длиной 350 мм, коэффициентом массы покрытия 40% и при скорости опрессовки 500 электродов в минуту на вы-прессовку одной зарядки потребуется около 6 мин. Общее время цикла составит 7,5 мин.
В последние годы все большее распространение находят двухцилиндровые прессы.
Электродообмазочный агрегат модели К.25.514.01 (АОЭ-4) имеет два исполнения: с подачей прутков к подаче обмазочной массы под углом 45° и 90°. Рама агрегата представляет собой сварную конструкцию, на которой смонтированы брикетировочный и обмазочный прессы, манипулятор и подающий механизм. Приемопередающий транспортер устанавливают в зависимости от компоновки на виброопорах на одной линии с подаюшим механизмом.
295
Гидроагрегаты брикетировочного и электродообмазочного прессов устанавливают рядом с ним или в отдельном помещении (не далее 6 м) и соединяют с прессами трубопроводами.
На планшайбе револьверного типа смонтированы под углом 180° два обмазочных цилиндра. Со стола брикетировочного пресса манипулятор переносит готовые брикеты обмазочной массы в зону загрузки электродообмазочного пресса и с помощью цилиндра загрузки загружает их в тот цилиндр обмазочной массы, который находится на позиции загрузки. Поворотом планшайбы на 180° загруженный цилиндр устанавливают на позицию опрессовки, а опустевший цилиндр попадает на позицию загрузки. Циклы непрерывно повторяют.
У пресса ПЭГ-5000 два цилиндра обмазочной массы снабжены поворотным механизмом, обеспечивающим вращение вокруг верхней стяжки. Выпрессовку производят из нижнего цилиндра, а одновременно механизмом загрузки наполняют брикетами обмазочной массы верхний цилиндр. При опорожнении нижнего цилиндра автоматически срабатывает поворотный механизм, и цилиндры меняются местами. За время переворота цилиндров происходит ускоренный отвод поршня гидроцилиндра в исходное положение, обеспечивая практически непрерывность процесса.
Конструкция гидросистемы, управляемой процессором, стабилизирует истечение заданного количества обмазочной массы даже при скачках давления, связанных с неоднородностью последней. Пространственное положение фильеры фиксируется на пульте управления, что позволяет видеть величину и угол ее смешения относительно стержня.
Из аналогичных зарубежных отметим полностью автоматизированный угловой элекгродообмазочный пресс WEP 220 (рис. 106) фирмы «Эрликон Бюрле АГ», состоящий из следующих основных узлов: • станины, с установленными на ней гидравлическим цилиндром и цилиндром для обмазочной массы, приспособлением для заполнения брикетов и опрессовочной головкой с системой сопел;
• отдельно установленной гидростанции;
• приспособления для загрузки брикетов;
• централы юго шкафа управления и поворотной панели управления.
Горизонтальный электродный пресс работает с поступлением проволоки под углом 45°. Два цилиндра для обмазочной массы размещены с возможностью поворота на смонтированных сверху стяжках. Во время выпрессовки обмазочной массы из нижнего ци-
296
линдра, который размещен на оси прессования, второй цилиндр, расположенный сверху и находящийся в положении заполнения, загружается брикетами, подготовленными и уложенными по удлиненной оси.
Подготовку брикетов в положение загрузки осуществляют без ручного вмешательства, начиная с брикетировочного пресса или с тележки для транспортировки брикетов с помощью работающего автоматически транспортировочного узла.
По окончании цикла опрессовки происходит отвод поршня.
Вся последовательность выполняемых операций, вместе с отключением и повторным включением пруткового питателя, запрограммирована и выполняется автоматически. Пресс может работать и в полуавтоматическом режиме.
Основной частью гидравлической установки является радиально-поршневой насос с комбинированным регулированием давления и расхода рабочей жидкости. Подвод поршня к обмазочной массе происходит ускоренно. Затем скорость подачи поршня снижается в соответствии с предварительно выбранным количеством подаваемой обмазочной массы. Количество масла, подаваемое гидравлическим агрегатом, можно бесступенчато регулировать. Удельное давление обмазочной массы обеспечивается автоматически, исходя из заранее выбранного количества подаваемого масла.
’ 297
В процессе опрессовки система регулирования гидравлического агрегата осуществляет регулировку подаваемого потока. Тем самым скорость опрессовки при повышении или снижении давления прессования остается постоянной. На практике это означает, что в процессе опрессовки, когда возникает (в зависимости от свойств обмазочной массы) изменение давления, оператор, обслуживающий пресс, не должен вручную корректировать работу гидравлического узла.
Электрическое управление включает силовой узел для всех приводов двигателей, а также небольшой процессор для ручного и автоматического режимов работы. Приборы обслуживания и контроля системы управления смонтированы на поворотной клавишной панели. Сюда выведены все важные технические показатели: скорость подачи проволоки (м/мин), производительность выпрес-совки массы (л/мин) и давление опрессовки. Все технические показатели в процессе опрессовки могут быть изменены и при необходимости откорректированы с учетом новых условий. Все функции можно запустить по отдельности в ручном режиме работы.
Прутковый питатель автоматически отключается и включается при сохранении предварительно выбранного давления опрессовки, что исключает возможность засорения втулок, особенно в начале опрессовки. Система управления оснащена процессором, который можно программировать с использованием плоской клавиатуры на клавишной панели. Все известные показатели электродов определенного типоразмера, такие как длину электрода, диаметр проволоки, наружный диаметр электрода и требуемую скорость подачи проволоки, выбирают предварительно. Процессор рассчитывает необходимый для этого объем обмазочной массы, благодаря чему уже при запуске достигается оптимальный выход продукции. Более тонкую подстройку можно выполнить в любое время исходя из зафиксированных в процессе рабо ты показателей. И при таком варианте всеми функциями можно управлять вручную.
Для определения положения калибрующей втулки, которую, как уже отмечалось, можно перемещать в осях с целью корректировки возможной разнотолщинности покрытия электродов, пресс оснащен измерительной системой, которая обеспечивает цифровую индикацию положения втулки и се пространственного отклонения от нулевого положения. Благодаря этому для оператора упрощены наладка и регулировка.
Дополнительно управление может быть оснащено еще одним блоком, который регистрирует и распечатывает данные наиболее
298
важных производственных показателей [83]. Известны конструкции аналогичных прессов со сменными цилиндрами, расположенными в горизонтальной плоскости.
Техническая характеристика наиболее распространенных прессов приведена в табл. 61. В СНГ налажен выпуск элсктродооб-мазочных прессов меньшей производительности для цехов с малым и средним объемом выпуска электродов, в частности, ПО 10ОО, ПО 2000, РкПЭ 8x2 и др.
Достаточное распространение в мировой практике электродного производства находят прямоточные электродообмазочные прес-
Таблица 61. Техническая характеристика электродообмазочных прессов
Параметр ОСЗ-2 ОСЗ-ЗМ АОЭ 4 АОЭ-3 ПЭГ-5000
Усилие, т 73 165 200 200 220
Максимальная производительность, т/смену (электроды диаметром 5 мм) 6,2 13 20 16 20
Диаметр масляного цилиндра, мм 280 360 - 360 320
Размер обмазочного цилиндра, мм:
длина 700 800 700 ИЗО 1020
внутренний диаметр 115 170 170 170 180
Вместимость обмазочного цилиндра, л 7,2 18 15,9 22 26
Максимальное давление на массу, МПа 70 72 88,5 84 90
Скорость хода поршня, см/мин:
рабочего 35 50 1.2-48 48 55
холостого 115 200 300 240 -
обратного 130 250 720 300 1100
Диаметр опрессовываемых электродов, мм 2-6 3-6 1,6-8 3-10 2-6
Угол между прессом и питателем,...° 45 45 45 или 90 90 45
Габаритные размеры, м 2,9x0,88 Х1.81 4,15х 1,08x2,8 3,7x1,3 х2,4 8,5x4,7 х3,3 1,7x0,8 х1,3
Масса агрегата, т 5,5 8,7 15,2 (пресса 8,2) 12,8 6,0
299
Рис. 107. Внешний вид электродообмазочного пресса СЕР 901 с прутковым питателем
сы, работающие по коаксиальному методу, т. е. при соосной подаче обмазочной массы и проволоки (рис. 107). Сотни таких прессов, разработанных и поставленных швейцарской фирмой «Эрликон Бюрле АГ», работают в разных странах, в т. ч. и на территории бывшего Советского Союза. Конструкция пресса органично вытекает из производственных возможностей фирмы — известного производителя зенитного оружия. Применительно к электродному производству преимуществом этих прессов является их компактность, возможность изготовления электродов с двухслойным покрытием. Но главное преимущество заключается в принципиальной возможности обеспечения одинакового давления обмазочной массы на стержень со всех сторон и по всей длине: в прямоточных прессах используют брикеты обмазочной массы, имеющие в центре отверстие, через которое по специальной длинной проводке подаются прутки. При этом зарядку пресса производят со стороны головки, затвор которой конструктивно напоминает орудийный. Однако эксплуатация таких агрегатов, при их внешней привлекательности, предъявляет повышенные требования к качеству подаваемых на опрессовку электродных стержней (по прямолинейности, наличию заусенцев, точности по диаметру и овальности, чистоте поверхности), а также к стабильности свойств обмазочной массы. Все это связано с тем, что на прямоточных прессах принципиально невоз
300
можно регулировать разнотолщинность электродного покрытия перемещением калибрующей втулки. Кроме того, ремонтопригодность таких прессов существенно ниже, чем угловых.
В прессах любых конструкций наиболее ответственной частью является обмазочная головка. Именно в ней происходит, собственно, покрытие электродного стрежня обмазочной массой. При неправильной конструкции обмазочной головки обмазочная масса даже высокой пластичности будет склонна к неравномерному истечению, следствием чего явится неконцентричное расположение покрытия на электродном стержне. Важен также правильный выбор вместимости обмазочной камеры.
Наиболее распространенная схема обмазочной головки показана на рис. 108. Корпус 7 головки четырьмя болтами крепят к обмазочному цилиндру пресса 1. В сердечник 2 вложены проволочные втулки 3, изготовленные из износостойкого металла. При работе пресса обмазочная масса через сопло 4 попадает на пруток, выходящий из направляющей втулки. Пройдя через калибрующую втулку 6, электрод приобретает заданный наружный диаметр. Регулировку расположения калибрующей втулки относительно стержня, т. е. равномерности нанесения покрытия, производят четырьмя болтами 5. Для изготовления калибрующих втулок используют обычно сплавы ВК- 6 и ВК-8.
301
Более совершенной является конструкция головки по патенту РФ 2050241* (рис. 109). Головка состоит из корпуса /, куда из обмазочного цилиндра по каналу 2 поступает обмазочная масса. Под углом к каналу 2 расположена свеча 3 для подвода прутков с образованием двух продольных каналов 4 для прохождения массы, расположенных диаметрально противоположно друг другу. Элементы головки образуют обмазочную камеру 5, на выходе из которой устанавливают калибрующую втулку 6.
Разогрев обмазочной массы при выпрессовке в головке электродообмазочного пресса приводит к снижению вязкости жидкого стекла, входящего в состав массы, и ее подсыханию, что ухудшает пластические характеристики. Поэтому головки целесообразно делать водоохлаждаемыми.
Прессы типов АОЭ-3 и ОСЗ-З, которыми оснащены большинство электродных производств, технически и морально устарели, однако накоплен опыт их модернизации, успешно проводимой при сравнительно небольших затратах. Так, в прессе ОСЗ-ЗМ по сравнению с базовым ОСЗ-З увеличен объем масляного бака, улучшены системы охлаждения и фильтрации масла, усовершенствована гидроаппаратура со сменой компоновки, унифицированы соединения элементов гидропривода и маслопроводов, предусмотрены бесконтактное отключение хода поршня, а также электромеханическая регулировка производительности масляного насоса с дистан-
* Бюл. изобретений №35 1990.
302
ционным кнопочным управлением. Модернизированный пресс отличает большая надежность и ремонтопригодность [84].
Отечественные электродообмазочные прессы в подавляющем большинстве оборудованы насосами переменной производительности, что требует ручной регулировки при изменении по ходу вы-прессовки пластичности обмазочной массы или скорости подачи стержней. Такая операция повышает требования к квалификации опсратора-опрессовщика. В настоящее время разработаны системы, обеспечивающие стабильное качество опрессовки электродов при работе во всем диапазоне скоростей вне зависимости от изменения пластичности обмазочной массы, а также возможность бесступенчатого регулирования скорости опрессовки [85]. Это достигается автоматическим поддержанием постоянства заданной скорости истечения обмазочной массы и ее синхронизацией со скоростью подачи стержней. Отличие системы состоит в замене классической для электродоизготовляющего оборудования схемы: «двигатель переменного тока + насос высокого давления переменной производительности» либо часто применяющихся систем регулирования скорости опрессовки дросселями или клапанами на систему: «привод постоянного тока + насос высокого давления постоянной производительности» с синхронизацией приводов подачи с тержней (ведущий) и насоса высокого давления (ведомый) через тахогенераторы обоих двигателей. Такая схема широко известна во многих областях промышленности и реализуется на серийных тиристорных преобразователях.
Удобство данной системы состоит в том, что, синхронизировав один раз скорость подачи стержней с подачей обмазочной массы, можно затем, уже в процессе опрессовки, менять скорость опрессовки электродов (производительность), не нарушая синхронизацию. Эти свойства системы позволяют непосредственно в процессе опрессовки плавно поднимать производительность до максимально возможной и оперативно реагировать на изменения технологических условий (пластичности обмазочной массы, качества стержней, равномерности их подачи и др.), одновременно снижая психологическую нагрузку на оператора. Устройства электро- и гидро-управления реализованы на базе унифицированной системы средств электрогидроавтоматики «Шексна М», разработанной НПП «Спецсталь». Достоинствами такой системы являются: точное согласование скорости истечения обмазочной массы со скоростью подачи стержней, упрощение обслуживания гидросистемы,
' 303
отсутствие гидроударов и течи масла, снижение энергозатрат. Выпускают четыре ряда гидроагрегатов с расходом от 25 до 200 л/мин при рабочем давлении до 32 МПа, работающих в диапазоне температур от минус 40 до плюс 80 °C.
Вариант такой модернизации пресса АОЭ-3 обеспечивает производительность от 100 до 800 шт./мин электродов марки МР-3 диаметром 4 мм. Имеется вариант модернизации электроуправления с переводом электродообмазочного агрегата в полуавтоматический режим работы, когда после зарядки обмазочного цилиндра брикетами оператор включает режим «Цикл», и агрегат проводит ускоренный подвод штока, набор давления опрессовки, включение подачи прутков, выпрессовку всего объема загруженной в цилиндр обмазочной массы, остановку подачи прутков, отвод штока в исходное положение и остановку в режиме ожидания очередной зарядки.
Замена штатной головки на водоохлаждаемую (см. рис. 109) повышает концентричность нанесения покрытия и упрощает обслуживание оборудования [86J.
Отметим, что нельзя добиться равномерного нанесения покрытия за счет автоматизации процесса контроля и управления обмазочной головкой. При современных скоростях опрессовки с этой задачей не справляются, ни дорогостоящие зарубежные устройства (например, полностью автоматическое непрерывно работающее устройство ZPG 003 фирмы «Эрликон»), ни отечественный прибор КРП-11 с гидроприводом перемещения калибрующей втулки. В любом случае необходима тщательная технологическая работа на всех переделах.
Бесперебойность работы электродообмазочного пресса во многом опрёделяст экономические показатели всего электродного производства. Поэтому важно знание сменной производительности прессов, которую приближенно можно определить по формуле
м + mnkt
где М — масса заряда пресса, кг; К — коэффициент массы покрытия; т — масса стержня электрода, кг; п — скорость опрессовки, шт/мин; t — время перезарядки пресса, мин; 0,85 — принятый коэффициент использования оборудования.
Например, для пресса ОСЗ-З при Л/=35 кг, К=0,4; т=0,044 кг (для (/=4,0 мм и /=450 мм), и=600 шт/мин, i= 1,5 мин получим Лг=10,3 т/см.
304
Рис. 110.
Зависимость производительности пресса N от коэффициента массы покрытия Кмпи времени перезарядки tn цилиндра
Из графика на рис. 110 видно, что время перезарядки и коэффициент массы покрытия при прочих равных самым существенным образом влияют на производительность опрессовки.
Приемопередающий транспортер
Выходящие из головки пресса со скоростью до 1200 шт./мин электроды идут непрерывным потоком. Для возможности последующей поштучной обработки электродов поток должен быть разорван с обеспечением некоторого расстояния между соседними электродами. Только после этого электроды без нарушения покрытия смогут достичь отражателя, ударившись о который и скатившись на ленту приемного транспортера зачистной машины, изменят направление своего движения на перпендикулярное.
Такую возможность обеспечивает приемопередающий транспортер (рис. 111), состоящий обычно из закрепленной в полу вертикальной стойки 1 с кронштейном 2, который легко вращается в горизонтальной плоскости и может также быть перемещен по высоте. На кронштейне укреплена несущая балка 3 с изменяющимся углом наклона. К несущей балке прикреплен желоб, по которому движется плоская или лучше желобчатая лента 4. Качество поверхности ленты и форма желоба определяют наличие или отсутствие
20 - 9-423
305
задиров на поверхности электродного покрытия. В ряде случаев вместо ленты применяют клиновидный ремень. Ленту или ремень приводит в движение электродвигатель малой мощности. Для разделения электродов скорость движения ленты транспортера должна превышать скорость выхода электродов из головки пресса, что реализуется использованием бесступенчатого вариатора скорости. Помимо скорости движения ленты, конструкция приемопередающего транспортера позволяет менять высоту, уклон и в небольших пределах длину транспортирующей ленты (ремня). Это создает условия для обеспечения равномерной укладки электродов на приемную ленту (ремни) зачистной машины и облегчает их разделение. Отметим, что бездефектность разделения может быть лимитирована свойствами самого электродного покрытия.
Для облегчения доступа к головке электродообмазочного пресса транспортер при остановке пресса может быть повернут на 90° в горизонтальной плоскости.
Лента приемопередающего транспортера должна обеспечить мягкий прием электрода с еще «нежным» покрытием и в то же время должна быть достаточно износостойка и длительно выдерживать многократные изгибы. Этим требованиям лучите всего соответствуют многослойные ремни со специальной желобчатой канавкой на верхнем слое. Для устранения рыскания электродов по сто
306
ронам над желобом устанавливают мягкие ролики, ремни, щетки, которые дополнительно поддерживают направленное движение электродов.
В некоторых конструкциях электродообмазочных агрегатов приемопередающий транспортер входит в состав зачистной машины. В любой конструкции приемопередающего транспортера предусмотрена возможность его поворота вокруг вертикальной оси, облегчающего доступ к головке пресса при проведении необходимых работ.
Зачистная машина
Зачистная машина предназначена для автоматизированной зачистки от покрытия концов электродов согласно ГОСТ 9466-75 (см. рис. 5) непосредственно после их опрессовки.
С одного конца электрода удаляют покрытие под зажим элект-рододержателя, с другой — зачищают торец для обеспечения электрического контакта при начале сварки. Благодаря высокому давлению опрессовки электроды выходят из головки электродообмазочного пресса с покрытием, имеющим достаточную прочность, чтобы не разрушаться и нс деформироваться во время продвижения к узлу зачистки и во время самой зачистки.
Электроды поступают на зачистную машину с отражателя. Приемопередающий транспортер досылает электроды до отражателя зачистной машины, ударяясь о который они под собственной тяжестью падают на транспортер зачистной машины. Очередной электрод достигает отражателя, когда предыдущий успевает сместиться вниз на некоторую высоту. Именно приемоспособность отражателя лимитирует предельную скорость опрессовки. Отражатель обычно имеет форму диска, установленного перпендикулярно к приемопередающему транспортеру с возможностью вращения вокруг центральной оси. Диск отражателя при соударении с ним по периферии электрода подкручивается, сопровождая электрод, и смягчает падение электрода на ремни (ленту) главного транспортера зачистной машины или на склиз. В зависимости от размеров и массы электрода, скорости опрессовки устанавливают оптимальное расстояние отражателя от оси зачистной машины с учетом отскока электрода от отражателя. Для смягчения падения электрода увеличивают диаметр переднего вала зачистной машины по сравнению с последую
20*
307
щими и обеспечивают некоторый угол наклона транспортерных лент к горизонту.
Существуют и другие конструкции отражателей, например, в виде набора ремней различной жесткости.
Скатившись по склизу, электроды поступают на ленты приемного транспортера зачистной машины. Сохранность нежного покрытия электрода при этом во многом зависит от свойств материала транспортерных лент и оптимальности их размеров. Зубчатым транспортером (иногда барабанного вида) электроды выравнивают перпендикулярно к направлению их движения и раскладывают раздельно, задавая равномерное расстояние между ними и обеспечивая тем самым качественный подвод к узлу зачистки.
До узла зачистки электроды проходят через систему торцевых выравнивателей, выравнивающих электроды по контактному торцу, уже затем поступают под прокатчик. На современных зачистных машинах прокатчик выполнен в виде плоско-ременного устройства, лентами которого электроды прижимаются к лентам главного транспортера. Скорость вращения прокатчика, имеющего индивидуальный привод, значительно превышает скорость движения электродов по лентам главного транспортера. Поэтому электроды, попадая под прокатчик и будучи прижаты им к ленте, начинают вращаться, приобретая вращательно-поступательное движение. В процессе движения под прокатчиком расстояние между электродами увеличивается, что снижает вероятность взаимного повреждения покрытия электродов. На зачистных машинах агрегатов АОЭ-3, ОСЗ-З и некоторых других прокатчик выполнен в виде вращающегося барабана, армированного мягкой резиной или поролоном. Практика показывает преимущества плоско-ременного, так называемого «танкового» прокатчика. Однако при его применении предъявляются повышенные требования к резино-техническим изделиям, которыми оснащена зачистная машина.
При прохождении электродов под прокатчиком происходит их зачистка от покрытия в соответствии с нормами ГОСТ 9466-75. Зачистку от покрытия под электрододержатель производят двумя вращающимися навстречу друг другу металлическими щетками, зачистку контактного торца с противоположной стороны осуществляют обычно вращающейся фрезой с алмазным напылением (рис. 112). Щетки и фреза имеют отдельные приводы.
Зазор между лентами прокатчика и главного транспортера устанавливают исходя из наружного диаметра электрода и пласти чес-
308
Рис. 112. Схема зачистки концов электрода: 1 — металлические щетки; 2 — электрод; 3 — ленты нижнего транспортера; 4 — ремни прокатчика; 5 — фреза
кой прочности покрытия, достигнутой к моменту операции зачистки. Установленный зазор должен обеспечить как несминаемость электродного покрытия, так и гарантированное отсутствие осевого смещения электрода при его нахождении в створе вращающихся щеток. В противном случае качественная зачистка фрезой контактного торца будет невозможна. Для уменьшения вероятности такого смещения оси щеток и фрезы могут быть несколько сдвинуты относительно друг друга 187].
После операции зачистки электроды поступают к устройству для нанесения ионизирующего покрытия. Наличие такого покрытия на контактном торце электродов для сварки конструкционных сталей облегчает первоначальное зажигание дуги при сварке. На современных зачистных машинах установлены также маркеры для нанесения на покрытие сохраняющегося после прокалки обозначения марочного наименования электрода. Это обеспечивает идентификацию марок электродов при их использовании, особенно когда у сварщика на рабочем месте одновременно находится несколько марок электродов. Марочное наименование распространенных электродов в маркировке целесообразно дополнять обозначением предприятия-изготовителя. Известны маркеры нескольких отечественных конструкций. Например, маркер конструкции «Линекс» представляет собой механизм с автономным приводом и дополнительным прокатчиком электродов, расположенным на штативе, который можно закрепить в любом месте зачистной машины. Маркер предназначен для нанесения маркировки электродов диаметром 2-6 мм при длине электродов
309
250-450 мм; он оснащается комплектом печатающих форм с буквенно-цифровым обозначением электродов. Маркер имеет регулировки скорости вращения красящего барабана, усилия прижима барабанов между собой, грубые и точные по высоте (для учета диаметров электродов), а также регулировки, учитывающие длину электродов и свойства краски.
Таблица 62. Техническая характеристика зачистной машины с прокатчиком барабанного типа
Параметр Пресс ОСЗ-2 Пресс ОСЗ-З
Тип зачистной машины ОСЗ-З ОСЗ-4
Ширина приемной ленты, мм 190 240
Конструкция ленты Транспортерная лента толщиной 8-10 мм
Ширина ленты под прокатчиком, мм 140 240
Конструкция ленты под прокатчик Прорезиненный ремень из транспортерной ленты, обклеенный микропористой резиной толщиной 12 мм
Длина обрабатываемых электродов, мм 280-450 350-450
Скорость движения ленты, м/мин:
максимальная 4,4 13
минимальная 2,3 3,3
Система регулирования скорости ленты Три скорости за счет шкивов с отношением скоростей
1:1,44:1,91 1:1,4:2,1
Размеры прокатчика, мм:
диаметр 500 500
ширина 140 190
Диаметр стальных щеток, мм:
максимальный 185-190 190
минимальный 165 165
Количество электродвигателей 4 5
Мощность электродвигателей, кВт 3,5 4,1
310
Таблица 63. Техническая характеристика зачистных машин с плоско-ременным прокатчиком
Параметр РкМЗУ-800 М3 40 ОСПАЗ-Прогресс
Размеры обрабатываемых электродов, мм:
диаметр 1,6-6,0 1,6-6,0 3,0-6,0
длина 250-450 200-450 250-450
Максимальная производительность, шт./мин 800 1200 1200
Установленная мощность, кВ т 2,96 4,06 8
Габаритные размеры, мм 7600x2100x1000 (с приемным транспортером) 4150x2260 Х1500 9000x1560 х1540
Масса, кг 1100 1200 -
Рис. 113. Зачистная машина типа ОСЗ-4:1 — станина; 2 — наклонный щиток (склиз); 3 — отражатель; 4 — транспортеры; 5 — выравниватель; 6 — клиновые ремни; 7 — привод; 8 — прокатчик; 9 — щетки
Современные зачистные машины обеспечивают возможность регулировки и настройки, необходимых при изготовлении электродов различных типоразмеров, отличающихся длиной стержней, толщиной и пластической прочностью покрытия, скоростями опрессовки.
Техническая характеристика некоторых зачистных машин приведена в табл. 62 и 63, а их схемы — на рис. 113 и 114.
311
Рис. 114. Зачистная машина НПВФ «ОСПАЗ -Прогресс»: 1 — приемопередающий транспортер; 2 — отражатель; 3 — плоско-ременный транспортер; 4 — зубчатый транспортер; 5 — узел зачистки; 6 — промежуточный транспортер; 7 — узел нанесения ионизирующего покрытия; 8 — маркер; 9 — транспортеры
После зачистной машины электроды поступают на термообработку или в непрерывном потоке в механизированные печи, или с разрывом процесса изготовления.
Подготовка и наладка оборудования
Изготовление качественных электродов невозможно без квалифицированной подготовки и наладки оборудования. Опрессовщик, получив от технолога калибрующую втулку, соответствующую регламенту на изготовляемые электроды, проверяет наличие и качество проволоки требуемого номера и приступает к наладке всех механизмов, входящих в состав агрегата. Рассмотрим это на примере распространенных агрегатов типа ОСЗ.
Наладка пруткового питателя. Перед загрузкой прутков в бункер питателя регулируют зазор между вертикальными планками и по центру зазора выставляют захватывающие ролики. Предварительно проверяют состояние рабочей поверхности роликов. При необходимости ролики заменяют. Систему подводящих и направ-
Рис. 115.
Установка свечи и калибрующей втулки:
1 — калибрующая втулка; 2 — свеча
312
Таблица 64. Техническая характеристика втулок
Место установки втулки Внутренний диаметр втулки, не более, мм, при диаметре проволоки, мм
2,0 2,5 3,0 4,0 5,0
Переходный мостик от конических роликов к тянущим роликам:
заходная втулка 2,3 3,0 3,5 4,5 5,5
выходная втулка 2,3 3,0 3,5 4.5 5,5
Переходный мостик между тянущими роликами:
заходная втулка - - - 4,5 5,5
выходная втулка - - - 4,5 5,5
Проводка от роликов к головке пресса 2.3 3,0 3,5 4,5 5,5
В сердечнике обмазочной головки 2,2 2,7-2,8 3,2-3,3 4,2-4,3 5,2-5,3
Направляющая втулка Номинальный размер
2+0,1 2,5+°4 з+$ 4^ 5^
Предельный размер
2+0,25 2,5+°.25 3+о,з 4+о,з 510,3
ляющих втулок подбирают в соответствии с табл. 64. При установке втулок особое внимание необходимо обращать на установку втулок захода проволоки к тянущим роликам.
Положение направляющей втулки (ее расстояние от калибрующей) определяет размер обмазочной камеры (рис. 115), имеющий важнейшее значение для качества опрессовки. При опрессовке электродов диаметром 2,0 и 2,5 мм это расстояние обычно должно составлять 1,5 мм, диаметром 3 и 4 мм — 2,0 мм, 5 и 6 мм — 2,5-3,0 мм; расстояние необходимо увеличивать при опрессовке электродов с большой толщиной покрытия. Естественно, что для электродообмазочных головок других конструкций цифровые показатели будут другими.
Наладка электродообмазочного пресса. Предварительно проверяют уровень масла в бакс, исправность манометра, равномерность натяжки болтов, крепящих головку, сохранность пломбы на клапане регулировки насоса высокого давления, при холостом прогоне пресса проверяют работу узла регулировки подачи масла.
Сборка обмазочной головки. Подбирают подводящие втулки в сердечник. Устанавливают направляющую и калибрующую втулки, регулируют расстояние между направляющей и калибрующей
313
втулками (при правильной сборке головки пруток, вставленный спереди на 50 70 мм в направляющей втулку, должен увлекаться движущейся обмазочной массой, а не зажиматься ею). Проверяют крепление шайбы с калибрующей втулкой, соединение при помощи переходной втулки пруткового питателя и сердечника (свечи) обмазочной головки. Проверяют согласованность установки приемопередающего транспортера и головки пресса. Производят пробный пуск прутков на двух-трех скоростях.
Наладка приемопередающего транспортера. В основном наладку транспортера проводят одновременно с наладкой зачистной машины при опрессовке электродов. Она заключается в подборе угла наклона желоба транспортера и скорости движения ленты. Перед началом опрессовки проверяют состояние ленты транспортера, наличие масла в редукторах и вариаторах (если они имеются в конструкции), состояние и надежность узла фиксации и крепления положения желоба.
Наладка зачистной машины. До пуска электродообмазочного пресса производят регулировку транспортерных лент, выравнивателей, зачистных узлов и прокатчиков, проверяют состояние узла нанесения ионизирующего покрытия и маркера. При начале опрессовки регулируют положение отражателя, наклонного щитка (приемного склиза), выравнивателей, прокатчиков, правильность зачистки электродов.
Регулирование скорости подачи прутков, движения транспортерных лент приемопередающего транспортера и зачистной машины осуществляют или при помощи вариаторов различных конструкций, многоскоростных электродвигателей, или за счет применения электродвигателей постоянного тока. Объем массы, выдавливаемой из обмазочного цилиндра, регулируют изменением количества подаваемого насосом высокого давления масла. Для устойчивой работы насосов высокого давления необходимо обеспечивать надлежащее охлаждение, фильтрацию масла определенной вязкости.
Как известно, одним из показателей, определяющих и сварочно-технологические свойства электродов, и свойства металла шва, является коэффициент массы покрытия. В зависимости от конкретных условий (фактических диаметров проволоки и установленной калибрующей втулки, плотности покрытия) коэффициент массы может выходить за предписанные документацией пределы. Поэтому в начале опрессовки новой партии необходимо оперативно проконтролировать соблюдение этого параметра.
314
20 30 40 50 60 70
Масса стержня электрода, г
Рис. 116. Взаимосвязь коэффициентов массы сырого и прокаленного электрода
Приближенную, ио достаточно удовлетворительную оценку коэффициента массы можно выполнить следующим образом: свежеопресованный электрод без зачистки концов взвешивают с точностью до 0,03 г. После тщательного удаления сырого покрытия взвешивают стержень электродов. Залем на горизонтальной оси графика (рис. 116) откладывают массу стержня, а по вертикальной — массу электрода с сырым покрытием. Точка пересечения перпендикуляров, восстановленных из концов горизонтального и вертикального отрезков, дает значение коэффициента массы покрытия, указанного на наклонных прямых линиях. Наклонные линии построены с учетом потери влаги в процессе сушки и прокалки электродов в количестве 12-14% от массы сырого покрытия.
Принятый метод экспресс-определения коэффициента массы покрытия универсален. Он не зависит от длины, диаметра и материала металлического стержня. Однако в зависимости от вида покрытия, характеристик и количества применяемого жидкого стекла потеря влаги при термообработке электродов может несколько изменяться. Аналогичный график, построенный на конкретном предприятии для какой-либо серийной марки, может обеспечить еще более высокую точность определения значения коэффициента массы.
При настройке оборудования для опрессовки электродов возможно возникновение отдельных неполадок. Это чаще всего отмечено во время настройки пруткового питателя, электродообмазочного пресса и зачистной машины. Основные неполадки, их возможные причины и способы устранения приведены в табл. 65 и 66.
315
Дополнительно отметим необходимость регулярной очистки шкивов транспортерных ремней от налипающих частиц обмазочной массы, приводящих к неравномерности скоростей лент и даже к их сползанию.
Таблица 65. Основные неполадки при работе пруткового питателя, электродообмазочного пресса н приемопередающего транспортера, их возможные причины и способы устранения
Основные неполадки Причины Способы устранения
Прутки из бункера выдаются одним концом, второй конец зависает Не отрегулированы зазоры между валками ворошителя, между вертикальными планками Отрегулировать зазор между валками ворошителя. Отрегулировать зазор между вертикальными планками
Задержки в движении прутков, сопровождаемые стуком тянущих роликов Низкое качество среза прутков (наличие заусенцев или подгиб концов) Изъять дефектные прутки
Подгиб захватывающими роликами выходящего конца прутка Проверить зазор в роликах и шероховатость рабочей поверхности роликов
Изгиб прутков, выходящих из головки пресса Не отрегулирован нажим тянущих роликов Отрегулировать нажим тянущих роликов
Неправильная сборка обмазочной головки пресса и излом направляющей втулки в сердечнике (свече) головки Перебрать головку пресса
Шероховатость покрытия Несогласованность скоростей подачи прутков и массы Отрегулировать подачу массы
Плохая обработка поверхности калибрующей втулки Заменить втулку
Наличие закрупнений в обмазочной массе или ее неоднородность Заменить обмазочную массу
Засыхание массы в цилиндре или головке пресса Очистить цилиндр и головку пресса
Низкие пластические свойства обмазочной массы Заменить обмазочную массу. Проверить правильность грансостава компонентов
Недостаточность усилия пресса (чрезмерная твердость массы) Заменить обмазочную массу
316
Продолжение табл. 65
Основные неполадки Причины Способы устранения
Разно-толщинность покрытия Низкие пластические свойства обмазочной массы Заменить обмазочную массу
Смещение калибрующей втулки Отрегулировать положение калибрующей втулки
Одностороннее течение обмазочной массы, ее засыхание в калибрующей втулке или в подводящих каналах Прочистить головку пресса
Неплотная посадка выходной направляющей втулки в сердечнике (свече) головки Сменить втулку
Внутренний диаметр выходной направляющей втулки значительно превышает диаметр проволоки, возможно смещение прутка в головке Сменить втулку
Смещение сердечника (свечи) под давлением обмазочной массы Закрепить сердечник
Местные наплывы массы Нечеткая работа пруткового питателя Устранить причины (см. выше)
Задержка прутков при движении по проводящим втулкам Проверить размер обмазочной камеры (расстояние между направляющей и калибрующей втулками)
Утолщение покрытия по всей длине прутка Не согласована подача массы и прутков Уменьшить подачу массы
При выходе из головки электроды не разделяются Чрезмерная вязкость обмазочной массы (возможно по причине применения раствора жидкого стекла большой вязкости) Заменить обмазочную массу
Не отрегулированы наклон приемопередающего транспортера и скорость движения ленты Увеличить угол наклона транспортера и скорость ленты
317
Продолжение табл. 65
Основные неполадки Причины Способы устранения
Плохая укладка электродов на ленту приемопередающего транспортера (разброс электродов по сторонам) Неравномерное истечение массы и отжим прутка Проверить характер течения, устранить причину или заменить обмазочную массу
Биение лепты транспортера Устранить биение
Не согласована скорость подачи прутков и количество подаваемой массы Уменьшить подачу обмазочной массы
Изгиб и выброс прутков из системы подводящих втулок Низкое качество прутков, наличие заусенцев, местное утолщение проволоки, подгиб конца прутка по причине заклинивания в захватывающих роликах пруткового питателя Сменить прутки или ролики. Улучшить операционный контроль при рубке проволоки
Затекание массы в направляющую втулку Прочистить втулку смоченным прутком меньшего диаметра, вставленным во втулки сердечника (свечи)
Смещение принимающих втулок Отрегулировать втулки
Таблица 66. Основные неполадки в работе зачистной машины и способы их устранения
Основные неполадки Причины и способы их устранения
Электроды укладываются не по центру продольной оси зачистной машины Отрегулировать расстояние между отражателем и транспортером зачистной машины
Электроды укладываются на ремни зачистной машины неперпендикулярно ее продольной оси Отрегулировать угол приема электродов отражателем
Смятие покрытия электродов после зачистки их контактных торцов и концов Отрегулировать прижим прокатчика к несущим ремням. Обмазочная масса чрезмерно вязкая (слабая). Заменить массу. Наличие неровностей на ремнях зачистной машины, различия в износе ремней. Отшлифовать ремни
Затаскивание электродов в парные щетки зачистной машины Слабый прижим электродов прокатчиком. Отрегулировать зазор между прокатчиком и ремнями зачистной машины
318
Продолжение табл. 66
Основные неполадки Причины и способы их устранения
Неравномерная зачистка контактных концов и торцов электродов Несоответствие скорости вращения лент прокатчика и скорости движения ремней зачистной машины. Отрегулировать скорости вращения. Большой разброс по длине стержней. Отладить работу рубильных станков
Зачистка торцов и контактных концов под элект-рододержатель не соответствует нормам стандарта Проверить работу выравнивателей. Отрегулировать зазор между электродами и щетками. Отрегулировать установку инструмента зачистки
Основные дефекты электродов при опрессовке и возможные причины их образования приведены в табл. 67.
Таблица 67. Основные дефекты электродов при опрессовке и возможные причины их образования
Виды дефектов Возможные причины
Повышенная разнотолщинностъ покрытия Нарушение соосности направляющей и калибрующей втулок, превышение допуска по диаметру и овальность калибрующей втулки. Низкая пластичность обмазочной массы, низкая квалификация или невнимательность персонала, неудовлетворительный контроль
Шероховатость покрытия Засорение обмазочной головки, несоответствие скорости подачи обмазочной массы и электродных стержней, плохая шлифовка калибрующей втулки
Наплывы на покрытии Несоответствие скоростей подачи обмазочной массы и электродных стержней, пробуксовка стержней
Искривление электродов Чрезмерный нажим тянущих роликов, повышенная кривизна стержней после рубки
Задиры на покрытии Изношенность ленты приемопередающего транспортера или наличие на ее поверхности кусочков засохшей обмазочной массы
Утолщение или утончение диаметра электродов по сравнению с нормированным диаметром калибрующей втулки Несоответствие скоростей подачи обмазочной массы и электродных стержней, завышение давления массы в цилиндре пресса, использование калибрующей втулки несоответствующего размера
Трещины и надрывы па покрытии Попадание в головку пресса кусков сухих материалов, использование в электродном покрытии большого количества мелких фракций компонентов, применение жидкого стекла с температурой более +25° С
319
Рекуперация электродов
Рекуперация — использование отходов производства, целесообразна как по экономическим показателям, так и с учетом возрастающих требований к экологической чистоте производства. При самой совершенной технологии изготовления электродов неизбежно образование определенного количества технологических отходов и некондиционной продукции. Так, только при обязательной зачистке электродов согласно нормам стандартов в отходы поступает 6-7% от массы электродного покрытия. Значительное количество электродов с дефектными покрытиями может образовываться на операциях опрессовки, при прохождении электродов через зачистную машину, термообработке. В этих случаях интерес представляет также вторичное использование стержней поврежденных электродов. Марки электродов, для которых по технико-экономическим показателям целесообразно использование отходов, определяют в зависимости от номенклатуры и объема выпуска.
Для оперативного снятия сырого дефектного покрытия с электродов электродообмазочный агрегат, как правило, комплектуют специальной установкой (рис. 117). Порцию электродов (примерно 10-15 кг) загружают в установку, где покрытие стирается за счет возвратно-поступательного движения качающихся на четырех валках наклонно закрепленных эксцентричных дисков 3, изготовленных из закаленной углеродистой стали. Снятое покрытие поступает в поддон 6. Время очистки порции электродов не превышает 10 мин. Для качественной очистки (полного снятия покрытия) без
Рис. 117. Установка для снятия сырого дефектного покрытия;
1 — корпус;
2 — привод;
3 — диски на валках;
4 — крышка;
5 — электроды;
6 — поддон для сбора снятого покрытия
320
Рис. 118. Установка для снятия покрытия с прокаленных электродов: 1 — электроды; 2 — станина;
3 — приводной валок;
4 — лоток для очищенных стержней; 5 — кожух вентотсоса; 6 — регулировочные винты;
7 — неприводной (верхний) валок; 8 — привод;
9 — лоток подачи электродов; 10 — лоток для бракованных электродов;
11 — поддон для сбора снятого покрытия
10
2
1
11
5
6
7
8
9
искривления стержней объем загружаемых электродов должен быть оптимизирован применительно к типоразмеру обрабатываемых электродов и параметрам конкретной установки. Хотя закрывающаяся крышка 4 установки обеспечивает ее достаточную герметичность, в связи с неизбежным образованием пыли при очистке к установке присоединяют рукавный фильтр.
Очищенные стержни после проверки на прямолинейность и качество очистки могут быть повторно загружены в питатель пресса, а снятое покрытие собирают помарочно и оправляют на переработку.
На этой же установке возможно полное снятие покрытия после сушки. Намного технически тяжелее удаление покрытия с электродов, прошедших прокалку. Покрытие правильно прокаленных электродов обладает высокой механической прочностью и прочно связано с металлом стержня.
Прокаленные электроды поступают на очистку не только из-за дефектов покрытия. Возможна забраковка партий по другим показателям приемосдаточных характеристик (химическому составу наплавленного металла, механическим свойствам металла шва, показателям сварочно-технологических свойств). Рациональна двухэтапная очистка таких электродов. На первом этапе используют установку скалывающего типа, например, НПВФ ОСПАЗ-Про-гресс (рис. 118), со следующей технической характеристикой: скорость вращения валков 25 мин1, мощность электродвигателя
21 - 9-423
321
0,55 кВт, количество одновременно обрабатываемых электродов до 25 шт., габаритные размеры 750x550x1500 мм, масса 380 кг.
Скалывание покрытия происходит между двумя рифлеными валками, зазор между которыми устанавливают исходя из диаметра обрабатываемых электродов. Нижний валок 3 приводной, верхний 7 неприводной, имеющий возможность вертикального перемещения с помощью регулировочных винтов 6.
Такая установка обеспечивает удаление до 90% сухого покрытия, накапливаемого затем в поддоне 11. Окончательную очистку стержней производят в ранее описанной установке.
Покрытие, снятое с прокаленных электродов, после повторного измельчения готово к вторичному использованию. Для сырого покрытия необходима предварительная сушка, которую целесообразно проводить в вибросушилке модели С ВТ 05, описанной ранее в главе 6.
Для механизации подготовки вторичного использования такого покрытия возможно использование линии в составе вибросушилки СВТ 05 и дробилки КИД 300. Возможна также сушка собранных отходов в печи любой конструкции при температуре примерно 200 °C в течение 4 ч при толщине слоя отходов не выше 100 мм. Влажность отходов после сушки нс должна превышать 0,5%.
Размол отходов часто проводят также в шаровых мельницах периодического действия. Просев ведут, как правило, через сито №04.
Используя повторно покрытие, следует учитывать содержание в нем сухого остатка жидкого стекла, а также фактическое увеличение доли отходов в покрытии по сравнению с заданным при длительном йх использовании. Поэтому добавка отходов в соответствующее покрытие не должна превышать 5-10%, хотя существуют рекомендации и по увеличению их доли.
322
Глава 11.
Термообработка электродов
Назначение термообработки. Требования к покрытию электродов после термообработки
Термообработку электродов проводят с целью придания покрытию достаточной механической прочности при содержании в нем влаги в пределах, как способствующих нормальному протеканию сварочного процесса, так и позволяющих обеспечить заданный химический состав и свойства наплавленного металла и сварных соединений. Обычно тепловые режимы полного цикла термообработки электродов, изготовленных с применением растворов жидкого стекла в качестве связующего, наряду с механической прочностью обеспечивают и влагостойкость покрытия (кроме целлюлозных электродов).
Полный цикл термообработки включает предварительную сушку (подвяливание, провяливание), окончательную сушку, прокалку и охлаждение.
Подвяливание электродов (атмосферная сушка) — промежуточная операция термообработки, проводимая для постепенного (мягкого) удаления влаги из электродного покрытия при температурах, близких или несколько превышающих нормальную, и при невысокой относительной влажности окружающей среды (рис. 119) [88].
Под сушкой электродов понимают более интенсивное удаление влаги при температуре примерно до 80 °C в условиях обязательного удаления увлажненного воздуха от мест сушки. Прокалка электродов, температура которой зависит от вида электродного покрытия и назначения электродов, призвана обеспечить доведение остаточной влажности покрытия до установленных норм.
Охлаждение электродов должно быть проведено в условиях, обеспечивающих его постепенность, диктуемую существенными различиями коэффициентов линейного расширения покрытия и стержня.
21*
323
В,%
12
Рис. 119. Кривая убыли влаги при провяливании электродов УОНИ-13/45 (диаметр стержня — 4,0 мм; наружный диаметр электрода 6,12 мм; температура 20°С; влажность воздуха 67%; скорость воздушного потока 0 м/с)
10
8
6
0 4 8 12 16 20 24 t, ч
4
Сушка и прокалка электродов требуют обеспечения условий постепенной отдачи влаги электродным покрытием при нагреве и выдержке, одновременности и равномерности процесса по всей длине электрода.
На процессы подвяливания, сушки и прокалки электродов оказывают влияние состав электродного покрытия, материал и диаметр электродного стержня, толщина электродного покрытия (на сторону), газопроницаемость покрытия, зависящая от гранулометрического состава шихты, вид и количество органических веществ, температура и относительная влажность воздушной среды, скорость движения воздуха, вид и количество жидкого стекла в покрытии, взаимное расположение электродов и скорость образования поверхностной пленки.
Непосредственно после опрессовки электродов влажность покрытия составляет обычно 9-12%. Допустимое содержание влаги после термообработки зависит от вида покрытия и назначения электродов. Так, электроды с основным покрытием, предназначенные для сварки ответственных конструкций из углеродистых и низколегированных сталей, должны иметь влажность не более 0,2% от массы покрытия (определение влажности проводят с доведением навески покрытия при температуре 400+10 °C до постоянной массы). Для обеспечения указанной влажности прокалку электродов надо производить при температуре 360-400 °C в течение достаточно длительного времени.
Электроды с рутиловым и кислым покрытиями содержат в рецептуре органику (целлюлозу, крахмал и др.), создающую газовую защиту сварочной ванны, снижая чувствительность к пористости.
324
В связи с этим высокая температура прокалки таких покрытии недопустима, так как при этом органические составляющие выгорают и газовая защита резко ухудшается. Поэтому температура прокалки таких электродов не должна превышать 185-190 °C. Влажность покрытия указанных электродов определяют после прокалки при температуре 180± 10 °C, она может достигать 1,5%.
Покрытие целлюлозных электродов в основном состоит из целлюлозы. Для обеспечения нормальных сварочно-технологических свойств таких электродов необходима определенная влажность покрытия: после сушки при 110±5 °C до постоянной массы она должна находиться в пределах 0,5-2%. Поэтому электроды прокаливают при температуре 155-160 °C в течение около 15 мин.
В зависимости от конкретного назначения электродов и требований к свойствам металла шва нормы по влажности электродных покрытий могут быть отличны от вышеуказанных.
Процесс удаления влаги из покрытия достаточно сложен и зависит от ряда факторов и, в первую очередь, от способности растворимых силикатов натрия и калия удерживать влагу, количество которой в процентах от массы сухого остатка жидкого стекла определяется температурой. Каждой температуре сушки-прокалки соответствует своя определенная остаточная влажность, которую нельзя изменить увеличением длительности выдержки при этой температуре (см. рис. 59). Поэтому приведенные выше, а также приводимые в нормативной и справочной литературе допустимые значения влажностей покрытий электродов разного вида, определяемые при различных температурах, являются относительными и несопоставимыми между собой.
Ясно, что вместе с увеличением сухого остатка жидкого стекла возрастает и остаточная влажность. Следует отметить влияние состава покрытия на остаточную влажность: например, кварц увеличивает ее, а мрамор — несколько снижает.
Повышенная влажность покрытия по сравнению с указанной в нормативной документации приводит к увеличению разбрызгивания металла в процессе сварки. В металле, наплавленном электродами с основным покрытием, содержание водорода возрастает выше допустимого предела, увеличивается чувствительность к пористости швов, а также к появлению других сварочных дефектов. При сварке такими электродами конструкций из сталей повышенной прочности могут появиться подваликовые трещины, что приведет к неисправимому браку.
325
При неправильно выбранных форсированных режимах термообработки электродов отмечены такие дефекты покрытия, как трещины различного вида, вспухание, недостаточная его прочность или прочность сцепления со стержнем, местные глубокие вмятины от транспортных устройств. Наличие трещин вызывает неравномерное плавление покрытия, что в ряде случаев может привести к недостаточной защите сварочной ванны от воздействия атмосферы воздуха. Это особенно заметно проявляется при сварке в вертикальном и потолочном положениях. Электродные покрытия, имеющие трещины, быстрее набирают влагу, нежели электроды со сплошным покрытием. Кроме того, при наличии трещин прочность покрытия как правило снижается, может происходить опадание кусочков покрытия. Иногда после термообработки на покрытии появляется сетка мелких трещин, невидимых невооруженным глазом (они становятся различимы после легкого смачивания покрытия водой). Такой дефект резко снижает прочность покрытия, что может негативно сказаться уже при транспортировке электродов. Образование сетки трещин связано с разрушением под влиянием создавшегося внутри покрытия давления паров наружной корочки, образовывающейся при быстрой влагоотдаче с поверхности покрытия за счет повышенной скорости воздушного потока.
Жесткий режим сушки электродов обычно приводит к вспуханию покрытия электродов и снижению его прочности; возможно отделение покрытия от стержня, появление зазора между покрытием и стержнем на торце электрода. При этом вспухание может увеличить имеющуюся разнотолщинность покрытия, т. к. затвердевание покрытия со стороны меньшей толщины будет происходить быстрее.
Если диаметр электродов, предназначенных для сварки ответственных конструкций, при сушке-прокалке существенно возрастает, превышая нормируемые значения, то электроды бракуют. Это связано с тем, что чрезмерное вспухание покрытия нарушает нормальное протекание сварочного процесса и влияет на переход легирующих элементов из покрытия в сварочную ванну.
Низкая прочность покрытия приводит к его повреждению во время штабелирования и транспортировки электродов. Кроме того, как уже было отмечено, в процессе сварки может наблюдаться опадание нерасплавившихся кусков покрытия, в связи с чем нарушается однородность химического состава металла шва и повышается чувствительность к пористости.
326
Местные глубокие вмятины также могут снизить однородность химического состава и механические свойства металла шва. Поэтому их количество и глубину жестко регламентируют технической документацией.
Изложенное показывает, что термообработка электродов является весьма ответственным процессом. Поэтому перед описанием оборудования, применяемого для термообработки, и рекомендаций по его эксплуатации необходимо краткое ознакомление с теоретическими вопросами сушки электродов.
Теоретические основы сушки электродов
Обмазочная масса, предназначенная для электродного покрытия, состоит из различных по свойствам, составу и форме зерен порошковых материалов, перемешанных с раствором жидкого стекла. При этом вокруг каждой твердой частицы при тщательном приготовлении массы образуется тонкая жидкостная пленка, толщина которой при дальнейшем введении жидкого стекла возрастает. Покрытие электродов, нанесенное под высоким давлением, пронизано разветвленной сетью капилляров. В связи с различием форм и размеров твердых частиц сухой шихты капилляры в покрытии имеют переменное сечение.
Как уже отмечено в гл. 7, жидкое стекло имеет коллоидное строение, что связано с наличием сложных комплексов (мицелл), состоящих из большого числа молекул SiO2, Н2О и щелочи ROH. Прочность связи влаги в жидком стекле различна. При сушке жидкого стекла очень малой плотности и вязкости сначала начинают удаляться молекулы воды, менее прочно связанные с комплексами. Прочность связи таких молекул близка к прочности связи, существующей между молекулами свободной воды.
По мере повышения плотности жидкого стекла прочность связи влаги непрерывно растет, и для отрыва последующих молекул воды требуется затрата все большей энергии. Это подтверждается графиком (см. рис. 59): даже при температуре выше 400 °C из сухого остатка жидкого стекла удаляется не вся влага.
Испарение воды из покрытия усложнено также его капиллярным строением. Во-первых, это связано с тем, что капилляры дополнительно удерживают воду за счет сил поверхностного натяжения, во-вторых, что не менее важно, диффузия пара и влаги из глубины покрытия по весьма тонким капиллярам затруднена.
327
Удаление влаги из капилляров происходит следующим образом. В первые моменты сушки, когда в поверхностном слое покрытия существует неравновесное состояние влаги (давление паров жидкости в воздухе меньше давления паров в данном слое), влага будет испаряться из капилляров. При этом ее испарение происходит ступенчато. Сначала будет испаряться почти свободная влага, слабо связанная с мицеллами, что приведет к повышению концентрации раствора силиката в данном месте.
Известно, что наличие разных концентраций в слое жидкости вызовет явление диффузии. Силикаты, находящиеся в растворе, будут стремиться из мест с высокой концентрацией в районы малой концентрации, т. е. в случае сушки электродов с поверхности — внутрь покрытия; наоборот, почти свободная влага под действием тех же сил диффузии устремится наружу — в верхние слои. В начальный момент сушки, когда весь электрод не прогрелся и установился значительный градиент (перепад) температур, этому стремлению влаги будут препятствовать капиллярные силы, поскольку известно, что при наличии градиента температур в капилляре происходит движение от более нагретого к менее нагретому месту.
В последующие периоды сушки при равномерном прогреве покрытия, когда градиент температур станет незначительным, установится некоторый градиент влажности, приводящий к диффузии влаги из участков с большей влажностью в участки с меньшей влажностью. Скорость диффузии будет меньше скорости испарения жидкости с открытой поверхности, поэтому при обдуве электродов нагретым воздухом поверхность испарения будет перемещаться в глубь покрытия. Это будет продолжаться до тех пор, пока не удалится вся капиллярная влага.
На процесс удаления капиллярной почти свободной влаги накладывается процесс удаления влага, связанной с коллоидными частицами силикатов. Часть сравнительно слабо связанной влаги может удаляться одновременно с капиллярной влагой. Однако влага, прочно связанная с коллоидами, образованными силикатами натрия или калия, начнет удаляться при более высоких температурах. Следовательно, этот процесс будет проходить в слое, лишенном капиллярной влаги. Чем выше прочность связи молекул воды с коллоидными частицами, тем при больших температурах начнется удаление этих молекул. Прочность связи влаги определяют модуль и вид примененного жидкого стекла (натриевое, калиевое, комби
328
нированное), а количество связанной влаги в основном зависит от количества сухого остатка жидкого стекла.
Скорость сушки электродов одной марки в атмосфере с одними и теми же параметрами (температура, давление, влажность) находится в обратной зависимости от толщины покрытия: чем толще покрытие, тем медленнее проходит сушка. Это происходит по двум причинам. Первая — энергия, необходимая для удаления влаги при сушке нагретым воздухом, поступает через поверхность покрытия. При увеличении толщины площадь поверхности покрытия электрода растет медленнее, чем масса покрытия. Поэтому на единицу массы покрытия в единицу времени поступает меньшее количество энергии. Вторая причина — испарение влаги происходит с различных слоев, постепенно углубляющихся в толщу покрытия. В результате пар, образующийся внутри покрытия, должен пройти по капиллярам путь большей длины.
Причины образования трещин в покрытии электродов. Экспериментально установлено, что в процессе воздушной сушки образцов из обмазочной массы происходит уменьшение их линейных размеров на 2 -4%. Это связано с сокращением объема жидкого стекла при удалении из него влаги.
Образование трещин связано также с существенной разницей деформации покрытий и стержней, особенно для стержней из высоколегированной спали. Например, коэффициент термического расширения (КТР) стержня из проволоки марки Св-04Х19Н9 составляет а30_40(Г= 16,9мм/(м-°С), а для рутил-алюмосиликатного покрытия КТР Изо 220° = 7,44 ММ/(М-°С), 0^220-400" = мм/(м-°С)
[89]. Такая разница в КТР покрытия и стержня вызывает образование значительных напряжений как на стадии нагрева электродов, так и при их охлаждении. Но и покрытия электродов для сварки конструкционных сталей при завышенных скоростях нагрева (охлаждения) могут давать трещины [90].
В обмазочной массе частицы сухой шихты окружены тонкой пленкой жидкого стекла, а вся масса пронизана также тонкими капиллярами. При сушке покрытия электродов толщина пленки жидкого стекла уменьшается, и поперечное сечение капилляров сокращается. В результате в покрытии электродов возникают усадочные напряжения. Чем меньше размер частиц компонентов шихты и больше их суммарная поверхность, тем большее число капилляров и элементарных пленок жидкого стекла приходится на единицу длины покрытия электродов, следовательно, появляется большая
329
возможность возникновения напряжений. Вследствие этого возникающие напряжения могут достичь высоких значений. При повышенной разнотолщинности покрытия может произойти заметное искривление электрода: в эксперименте с удаленным с одной стороны покрытием стрела прогиба после прокалки превысила 2 мм. Напряжения в покрытии при этом достигли порядка 510 МПа [72].
При сушке покрытия, нанесенного на металлический стержень, процесс влагоотдачи с концевых участков происходит быстрее, поскольку влага удаляется одновременно с поверхности и с торца по всему сечению покрытия. В результате концевые участки покрытия жестко закрепляются на металлическом стержне и препятствуют перемещению при продольной усадке частиц покрытия, располагающихся на остальной длине электрода.
Если влагоотдача происходит достаточно медленно, а покрытие при этом сохраняет пластичность, то возникающие усадочные напряжения имеют возможность компенсироваться за счет пластической деформаций покрытия. При быстром процессе влагоотдачи скорость возрастания усадочных напряжений может превысить допустимую скорость пластических деформаций, в результате чего покрытие даст трещины. Если покрытие при сушке теряет пластичность, то трещины неизбежны. В основном это будут кольцевые (поперечные усадочные) трещины, расположенные примерно на одинаковых расстояниях друг от друга.
Чувствительность к трещинам может быть снижена за счет рационального подбора гранулометрического состава. Наряду с наличием тонких фракций, обеспечивающих пластичность массы, желательно ввести сравнительно крупные частицы (размером 200-250 мкм) мрамора или рутила в зависимости от вида покрытия. Наличие определенного количества таких фракций образует сравнительно жесткий каркас, не снижая пластичность массы.
Долевые (продольные) трещины часто появляются при сушке соприкасающихся электродов в местах их прилегания или даже только соприкосновения. Причина появления этих трещин связана с тем, что в местах прилегания покрытий сырых электродов процесс влагоотдачи идет значительно медленнее, чем на основной поверхности, находящейся в непосредственном контакте с нагретым воздухом или печными газами. Основная поверхность покрытия высыхает гораздо раньше, а возникающие при этом усадочные напряжения разрывают неокрепшие долевые участки покрытия по линии их прилегания (соприкосновения).
330
Иногда наблюдают случаи появления трещин в покрытиях электродов, расположенных без соприкосновения, но очень близко один к другому. И в этом случае сушка покрытий происходит неравномерно.
В объемах, где покрытия соседних электродов расположены близко одно к другому, влажность повышена, сушка замедлена и прочность покрытия нарастает медленнее, чем в местах непосредственного контакта с нагретым воздухом или газом. По указанным причинам в начальный период сушки электроды, особенно с толстым покрытием, должны быть разложены раздельно. Стандартные электроды с рутиловым и ильменитовым покрытиями к долевым трещинам склонны мало.
Вспухание покрытия. При жестких режимах сушки (100— 120 °C) часто наблюдают чрезмерное вспухание электродного покрытия. Это связано с тем, что при быстром нагреве покрытия часть влаги с его поверхности будет испаряться, а часть по капиллярам будет перемещаться в глубинные холодные слои покрытия. Затем, когда покрытие прогреется, парциальное давление пара, образующегося внутри покрытия, может превысить атмосферное давление. Кроме того, объем имеющихся внутри покрытия мелких пузырьков воздуха под влиянием повышенной температуры будет возрастать. В связи с этим давление газов и паров превысит атмосферное давление, и неокрепшее покрытие вспухнет. Поэтому предварительная сушка должна происходить или в процессе подваливания, или в печах при умеренных температурах, начиная с 40 60 °C, с медленным ее повышением до 80-90 °C. После потери влаги в количестве 30-40% от ее общего содержания в покрытии электродов температуру можно повышать выше 100 °C.
Вспухание может произойти также за счет выделения газов от реакции взаимодействия активных ферросплавов (ферросилиция, ферромарганца, металлического марганца) с жидким стеклом, находящимся в покрытии. Повышение температуры даже до 50-60 °C будет интенсифицировать процесс газовыделения, в результате чего покрытие может вспухать и при относительно низкой температуре. Поэтому активные металлы и сплавы необходимо применять только пассивированными, а жидкое стекло — выдержанным.
В некоторых случаях вспухание покрытия за счет жестких тепловых режимов или в результате реакций газообразования может сопровождаться трещинами. Обычно такие трещины являются следствием грубого нарушения предписанной технологии.
331
Способы нагрева, укладки и транспортировки электродов
Для термообработки электродов используют различные способы нагрева, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Выбор оборудования обусловлен условиями конкретного производства, номенклатурой выпускаемых электродов, технико-экономическими показателями. Наиболее распространен конвективный способ нагрева, применяемый как для конвейерных, так и для тоннельных печей. При этом используют газовый или электрический нагрев. В газовых печах теплоносителем являются топочные газы, в электропечах — воздух, нагретый в электрокалориферах.
В конвейерных многопроходных печах нагрев электродов в зоне прокалки часто осуществляется за счет радиационного излучения нагретыми металлическими поверхностями или спиралями. В других зонах печей радиационный нагрев применим реже. Вообще говоря, радиационный нагрев обязательно сочетается с конвективным, так как при этом воздух также нагревается до высокой температуры и становится теплоносителем.
При конвективном и радиационном способах нагрева теплота распространяется от поверхности в глубь покрытия. Это затрудняет процесс влагоудаления в начальный момент сушки, так как направление удаления влаги противоположно. В силу законов движения жидкости по капиллярам при нагреве поверхностного слоя влага будет стремиться вглубь.
В этом отношении несомненны преимущества индукционного нагрева, когда теплота подается через электродный стержень. При этом нагрев внутренних слоев покрытия происходит в первую очередь. В первый период сушки жидкость движется по капиллярам из глубинных слоев к поверхности покрытия, где и испаряется. В этом случае направления движения жидкости и теплоты совпадают. При индукционном способе нагрева снижается время термообработки электродов. В индукционных печах необходимо индивидуальное (поштучное) подведение теплоты. Слишком высокий темп удаления влаги приводит к повышенному вспуханию покрытия.
В конвейерных сушильно-прокалочных печах трудно обеспечить равномерный и непрерывный нагрев электродов. В многоярусных установках теплота теряется при перевалках электродов с яруса на ярус. Электроды, находящиеся на ярусе внутри слоя,
332
прогреваются медленнее верхних. Активная теплопередача электродам занимает только около половины общего времени их нахождения в зоне прокалки. Поэтому при одинаковой продолжительности термообработки в конвейерных печах влаги удаляется несколько меньше, чем в камерных печах при раскладке электродов в один слой [911.
В газовых печах имеют место паузы в нагреве электродов на границах тепловых зон. При невысоких скоростях подачи теплоносителя велик перепад температур между верхними и нижними горизонтами прокалочной зоны.
Помимо способа нагрева, существенное значение для эффективности процесса удаления влаги и обеспечения равного для всех электродов цикла нагрева имеет расположение тепловых зон. В однопроходных печах тепловые зоны расположены по длине печи. Их разделяют или шиберами, или разнонаправленностью воздушного потока.
В многопроходных конвейерных печах тепловые зоны расположены по вертикали одна над другой. Обычно один последний проход расположен в зоне принудительного охлаждения электродов.
Важнейшее значение для внешнего вида покрытия имеет применяемый при термообработке электродов способ их укладки и транспортировки. В промышленных печах электроды укладывают и перемещают:
• на металлической цепи (многопроходная конвейерная печь);
• в подвесных кассетах;
• на полочках контейнера (тоннельная печь);
• магнитными прихватами;
• втулками втулочно-роликовых цепей (индукционная установка); • на полочках металлических или деревянных рамок.
В многопроходных конвейерных печах электроды укладывают на транспортерные втулочно-роликовые цепи. Передача электродов из прохода в проход, в которых поддерживается различная температура, механизирована; как правило, ее осуществляют барабанными перекладчиками. Общим недостатком такой укладки, является возможность повреждения нежного покрытия, особенно в моменты перевалок, и образования «завалов» электродов в проходе. Существуют системы сигнализации, которые предупреждают образование завалов, останавливая печь.
В однопроходных конвейерных печах электроды укладывают в специальные подвесные кассеты, заполняемые автоматически.
333
Крепление электродов во втулках или на магнитах, которыми оснащены втулочно-роликовые транспортерные цепи, используют только в индукционных установках. Крепление электродов па постоянных магнитах применяют ограниченно.
При термообработке электродов в тоннельных печах укладку электродов производят на рамки, которые устанавливают в стопки или в специальные контейнеры. Металлические рамки позволяю! размещать на них электроды разных типоразмеров, они максимально открыты для воздушных потоков и могут быть использованы в комплектации с механизмами загрузки-разгрузки. Заполнение рамок ручное или при помощи специальных укладчиков, заполнение контейнеров — механизированное. Стоики рамок и контейнеры устанавливают на транспортер, проходящий через печь.
Электроды, уложенные на рамки, набранные в контейнер, подвесные кассеты, удерживаемые втулками или магнитами, в течение всего процесса термообработки не подвергаются дополнительным механическим воздействиям. Это снижает брак из-за повреждения покрытия и практически устраняет опасность «завалов» электродов.
Оценивая различные способы укладки электродов, можно отметить, что при укладке на цепи, полки рамок и контейнеров, в гнезда кассет возможно прилипание электродного покрытия к металлу (вплоть до последующих вырывов), образование вмятин, сминание участка покрытия зажигательного конца с образованием трещин. Вероятность образования вмятин на поверхности покрытия особенно велика в начальный период принудительной сушки, когда тепловое размягчение покрытия опережает процесс его упрочнения с потерей влаги. Склонность к перечисленным дефектам растет с увеличением общей массы электрода и массы покрытия на нем. К прилипанию существенно более склоны основные покрытия.
Применение фетровых подкладок, способных впитывать влагу, на участках соприкосновения покрытия с металлом позволяет избежать появления дефектов при тепловом размягчении покрытий в начальный период сушки. Однако применение фетра возможно лишь при температурах сушки и практически используется только в первых проходах многопроходных конвейерных печей. Значительно большие температуры (до 250-330 °C) выдерживают специализированные ленты. В индукционных установках втулку, удерживающую зажигательный конец электрода, изготавливают из дерева, что устраняет опасность прилипания покрытия.
334
Оборудование для термообработки электродов
Атмосферную сушку (подвяливание) электродов после опрессовки, позволяющую снижать содержание влаги в покрытии с 9-12 до 4-5%, часто применяют в электродном производстве, особенно при малых объемах выпуска и для электродов с большой толщиной покрытия. К ее преимуществам относят мягкий режим удаления влаги, обеспечивающий сохранность покрытия в технологическом процессе изготовления, а также заметное увеличение прочности покрытий (особенно основных) готовых электродов [92]. Недостатками атмосферной сушки являются низкая производительность, повышенная трудоемкость, необходимость дополнительных значительных площадей для размещения рамок с электродами и, главное, существенная разница в продолжительности сушки в зависимости от температуры и влажности в цехе.
Практически процесс подвяливания можно считать законченным при влажности покрытия не более примерно 4,5% (надавливание ногтем пальца не оставляет вмятин на поверхности покрытия). Интенсифицировать подвяливание можно, организовав побудительную циркуляцию подогретого воздуха с помощью осевых тепловентиляторов. Такой метод эффективен даже в условиях крупных производств. Например, в электродном производстве Ленинградского судостроительного завода им. А. А. Жданова (ныне ЗАО «Эсаб-СВЭЛ») много лет в составе поточной линии термообработки функционировала подвялочная камера — помещение размером 40x7,5 м, по длине которого располагалось пять параллельных цепных транспортеров. В начале и конце камеры находились поперечные перегружатели. В камере поддерживалась постоянная температура 25-35°С. Находясь в ней 4-6 ч, электроды подвяливались до влажности покрытия 4,0-4,5%. Теплый воздух с температурой 35 °C подавался калориферами, а увлажненный отбирался вытяжными вентиляторами. Одновременно в камере находилось до 50 т электродов (190 контейнеров). Контейнеры, загруженные электродами после опрессовки, попадали в камеру по входному перегружателю, перемещались на один из продольных транспортеров и, пройдя по нему через всю камеру, подавались выходным перегружателем к загрузочным дверям туннельной сушильно-прокалочной печи.
На предприятиях с небольшим объемом выпуска электродов могут быть оборудованы камеры интенсивного подвяливания, характеристики которых подбирают исходя из местных условий.
335
Важнейшим фактором является согласование скорости подачи, температуры подаваемого воздуха и количества удаляемого влажного воздуха. Использование таких камер, например модели Кр КИП-59, обеспечивающей снижение влажности до 5-6%, позволяет достаточно технологично проводить подвяливание электродов за короткое время и с малыми затратами электроэнергии [66].
Электрические печи. Одной из распространенных является методическая сушильно-прокалочная печь ОКБ-759 периодического действия (рис. 120). После опрессовки электроды вручную раскладывают на металлические рамки и помещают на тележки. В определенно заданное время входные двери печи автоматически открываются, толкатель вкатывает тележку с электродами по рельсам в печь. Одновременно открываются противоположные выходные двери, через которые выкатывается очередная тележка с прокаленными электродами. В печи размещается 14 тележек с электродами.
Техническая характеристика печи ОКБ-759
Время термообработки общее, ч....................3,5
в т. ч. сушки................................2,25
прокалки......................................1,0
охлаждения...................................0,25
Количество тепловых зон, шт.: сушка...........................................2
прокалка........................................1
охлаждение......................................1
Максимальная температура прокалки, °C............400
Производительность для электродов диаметром 5 мм, т/ч: рутиловых.....................................2,0
основных......................................1,2
Общая мощность, кВт..............................220
Габаритные размеры, м...................24,6x2,2x3,8
Теплоносителем является воздух. Его нагрев производят электрические нагреватели, расположенные на боковых стенках печи. Вентиляторы осуществляют продольное и поперечное перемещение воздуха. Охлаждаются электроды цеховым воздухом вне печи.
К недостаткам печи следует отнести отсутствие возможности четкого разграничения тепловых зон по ее длине и высоте. Отставание температуры в центре контейнера от наружных слоев достигает 40-60 °C. Поэтому фактические режимы термообработки электродов в одной и той же садке различны и зависят от места расположения
336
Рис. 120. Методическая сушильно-прокалочная печь ОКБ 759 периодического действия: 1 — толкатель; 2 — тележка с электродами;
3 — зоны сушки; 4 — зона прокалки; 5 — зона охлаждения
электродов в контейнере. Этот недостаток в определенной мере компенсирует значительное время (3,5 ч) пребывания электродов в печи.
Модернизированный вариант печи ОКБ-759 предусматривает механизацию операций загрузки и выгрузки электродов. В этом варианте электроды с зачистной машины поступают на загрузчик, который раскладывает их на горизонтальном участке конвейера, проходящего через контейнер. Сварной контейнер имеет 32 полки с шагом 32 мм. П-образная форма контейнера позволяет устанавливать его над горизонтальным участком конвейера загрузчика на столе подъемника контейнеров так, чтобы уровень электродов при этом совпадал с серединой расстояния между полками контейнера.
Цикл загрузки состоит из перемещения горизонтального конвейера загрузчика на определенную длину. При этом в пределы контейнера помещается 80 электродов с шагом раскладки (расстоянием между соседними электродами) 8 мм. Электроды поступают в контейнер с равными зазорами с обоих концов, что обеспечивает специальный выравниватель. С концов каждой полки остаются незагруженные участки длиной около 85 мм. Это предотвращает падение электродов с полок.
Затем контейнер поднимается на высоту 32 мм и своими полками снимает электроды с конвейера загрузчика. Всего загружается 2560 электродов. После заполнения всех полок контейнер снимается тельфером. Тельфер перемещается по подвешенному криволинейному монорельсу. Он имеет два фиксированных положения остановки: над подъемником контейнеров и над тележкой перед толкателем печи. Два контейнера с электродами устанавливают на тележку. Схемы механизации операций загрузки-выгрузки и собственно контейнера приведены на рис. 121 и 122.
22 - 9-423
337
Рис. 121. Схема механизации загрузки-выгрузки электродов: 1 — подающий транспортер;
2 — электроды;
3 - промежуточный транспортер;
4 — перекладчик;
5 — раскладчик электродов; 6 — кассета
Дальнейшие операции термообработки выполняют как в стандартной печи ОКБ -759. После охлаждения контейнеры переносят на снижатель и разгружают. Разгрузка устроена аналогично загрузке, но осуществляется при последовательном опускании контейнера на шаг 32 мм. Порожние контейнеры возвращаются самостоятельно на загрузку тележкой с цепным приводом без сопровождения персоналом.
За счет сокращения времени операций загрузки и выгрузки электродов, равного для одного контейнера соответственно 3,1 и 3,0 мин, увеличения количества электродов на полке контейнера с 64 до 80 шт. или со 131 до 164 кг в контейнере (для электродов диаметром 4,0 мм) производительность модернизированной печи составляет 9 т/смену. Важно, что такая производительность соответствует возможностям электродообмазочных агрегатов АОЭ-3 и
Рис. 122. Схема контейнера для опресованных электродов
338
ОСЗ-3, обеспечивая их полную загрузку. Удельный расход электроэнергии на термообработку электродов с рутиловым покрытием в такой печи составляет 122 кВт/т, тепловой КПД печи — 36%.
Тоннельная механизированная печь другой конструкции, разработанной ВНИПИТеплопроект, предназначена для термообработки электродов с основным покрытием. Механизация печи основана на транспортировке электродов на горизонтальных рамках, собираемых в стопы. С конвейера зачистной машины электроды попадают на разрежающий конвейер. Благодаря разнице скоростей этих конвейеров электроды транспортируются раздельно, что исключает их слипание. Затем порция электродов специальным перекладчиком переносится на пару неподвижных пластин, предназначенных для четкой ориентации электродов. Подъемно-опускным столом поднимается рамка. Она снимает с неподвижных пластин порцию электродов и продолжает движение к устройству для формирования стопы. Стопа, сформированная из 29 рамок, передается на печной конвейер и поступает в камеру печи.
Техническая характеристика тоннельной печи
Размер электродов, мм : длина.........................................340-450
диаметр........................................3-8
Время термообработки, мин.........................220
Температура по участкам, °C....................40-500
Производительность, т/ч (для электродов диаметром 5 мм и длиной 450 мм).....2
Общая установленная мощность, кВт................1383
Удельный расход электроэнергии, кВт ч/т электродов................................ 256-296
Длина печи, м................................. 30,14
Камера печи представляет собой тоннель, в поперечном сечении которого располагаются две, а по длине — 24 стопы с электродами. Печь имеет девять тепловых участков и зону охлаждения. Система циркуляции газов в каждом участке замкнутая. Воздух нагревают выносные электрокалориферы. Центробежный вентилятор его подает через распределительные короба в камеру печи, где он и отдает теплоту электродам. Короба установлены внутри печи по боковым стенкам. Равномерное распределение теплоты по сечению стопы создают металлические решетки, установленные на выходе из коробов. В боковых панелях камеры выполнены люки для отбо-
22'
339
Таблица 68. Техническая характеристика тоннельной печи ВНИПИТеплопроект для специальных электродов
Параметр Сушка Прокалка
Размеры электродов, мм:
диаметр 4 и 5
длина 330-450
Время термообработки, мин:
нагрев 90 67
охлаждение - 22
Температура теплоносителя, °C:
1 зона 45-65 210
2 зона 65-85 405
3 зона 85-105 -
4 зона 45-65 -
Общая установленная мощность, кВт 159 199
Относительная влажность электродного покрытия, %:
начальная 11,5 4,65
конечная 4,65 0,2
Количество стоп в печи, шт. 10 5
Количество электродов в стопе, шт. 1375
Габаритные размеры, м 34x5x5,3
ра проб электродов во время работы печи. Имеются также двери для проведения ремонтных работ.
На выходе из печи стопу рамок снимает разгрузное устройство, которое содержит накопитель и подъемно-опускной стол, аналогичные установленным в загрузочной части. Разгружаются электроды аналогично загрузке, но в обратном порядке.
С рамок электроды поступают на сортировочно-упаковочный конвейер. Освободившиеся рамки опускаются на конвейер их возврата к месту загрузки. Цикл заканчивается.
Модификация такой печи для термообработки электродов специального назначения диаметром 4 5 мм позволила увеличить производительность до 6 т/смену (табл. 68).
Камера печи представляет собой тоннель прямоугольного сечения. Камера сушила имеет четыре тепловые зоны, прокаленная —
340
две тепловые зоны и одну зону охлаждения (замкнутая система циркуляции воздуха в каждой из них). В тепловых зонах установлены индивидуальные вентиляторы и электрокалориферы. В четвертой зоне сушила калорифера нет. Нагрев воздуха аналогичен описанному выше. В зоне охлаждения два вентилятора. Зоны печи разделены между собой подъемными металлическими дверями.
Через всю камеру проходит технологический конвейер, который транспортирует стопы рамок с электродами. Стопы имеют размеры 1000x450x800 мм, в каждой стопе по 25 рамок.
Важным преимуществом печи является наличие между сушилом и прокалочной печью транспортера для выбраковки некондиционных электродов. Раздельное исполнение камер сушки и прокалки позволяет использовать в сушиле рамки с фетровой накладкой, что, как уже было отмечено, облегчает удаление влаги с опорных поверхностей.
Из конвейерных сушильно-прокалочных печей наиболее распространены модели ОКБ-463 и ее модификации (А, Б, В, К), а также ОКБ-830 (табл. 69). Раскладка электродов в этих печах
Таблица 69. Техническая характеристика конвейерных сушильно-прокалочных печей
Параметр ОКБ 463 ОКБ-463Л ОКБ-463Б ОКБ-830
Число проходов, шт. 5 5 5 7
Время термообработки, мин 98-140 73 155 73-155 33-220
Время термообработки, мин, по зонам:
1 8-12 6-13 6 13 -
2 10-18 9 17 9-17 -
3 20-25 13-27 13-27 -
4 25 35 19-40 19-40 -
5 35-50 26-58 26-58 -
Максимальная температура прокалки, °C 250 400 400 400
Общая мощность печи, кВт 400 400 262 377
Диаметр термообрабатываемых электродов, мм 3-8 3-8 3-8 4-8
Сменная производительность (для диаметра 5 мм), т 13 16 16 24
Габаритные размеры, м 43,4x2,55 хЗ,55 43,65x2,55 х2,92 43,65x2,55 х2,95 50,6x2,69 х2,76
341
поштучная в гнезда непрерывной цепи, проходящий через соответствующую нагревательную зону. Лишь в зоне прокалки электроды расположены слоем в 2 3 ряда. В печах типа ОКБ-463 пять проходов, в ОКБ-830 — семь, из них три для подвяливания, два для сушки, по одному для прокалки и охлаждения. С прохода па проход электроды перемещают барабанные перекладчики.
Обогрев электродов производится воздухом, нагретым расположенными сбоку электрокалориферами, а в зоне прокалки — спиральными электронагревателями. В печи ОКБ-463А три верхние зоны объеденены в одну тепловую. Время разогрева у всех печей 2,5 ч, регулирование температуры автоматическое.
Для термообработки широкой гаммы электродов предназначены печи серии КСП (рис. 123). Печь КСП 2 Московского опытного сварочного завода рассчитана на электроды диаметром 4 и 5 мм длиной 330-450 мм с толщиной покрытия до 1,25 мм на сторону.
Метод нагрева в зонах сушки — конвективный, что позволяет гибко изменять режимы термообработки. Теплоносителем является воздух, нагретый электрокалориферами. Средняя скорость воздуха в первой зоне сушки 2,5 м/с, во второй — 4,4 м/с. На двух верхних проходах первой зоны сушки электроды укладываются раздельно на полочки, покрытые фетром; на трех нижних — плотно в один ряд. Во второй зоне сушки электроды укладываются в два слоя.
В зоне прокалки использован нагрев трубчатыми электронагревателями (ТЭНами), размещенными в рабочей камере. Электроды в этой зоне раскладываются в четыре ряда.
342
Техническая характеристика печи КСП-2
Число тепловых зон, шт.............................4
Число проходов, шт................................11
в том числе: сушки 1.............................5
сушки 2...............................3
прокалки..............................2
охлаждения............................1
Максимальная температура, °C:........................
зоны сушки 1....................................ЮО
зоны сушки 2...................................160
зоны прокалки ............................... 400
Общее время термообработки, мин...............85-131
в том числе в зонах: сушки 1.................13-21
сушки 2....................18-28
прокалки...................36-55
охлаждения.................18-27
Установленная мощность, кВт......................304
Габаритные размеры, м.....................12x3,8x3,3
Последняя модель печей серии КСП — КСП-21У предназначена для полной поточной термической обработки электродов диаметром 3-5 мм с рутиловым и ильменитовым покрытиями и электродов диаметром 3-4 мм с основным покрытием. Предшествующую модель КСП-21 отличали меньшая мощность, более узкий интервал температур (50-280)°С, что для электродов с основным покрытием не обеспечивало требуемую конечную влажность. Принцип работы печей описан ниже [95].
Техническая характеристика КСП-21 КСП-21 У
Габаритные размеры, м:
печи........................26,4x3,5x3,9.. 26,4x3,5x3,9
тепловой камеры.............21,6x1,2x3,3.. 21,6x1,7x3,3
Установленная мощность, кВт...........353........437
Температура, °C...................50-280......50-380
Сменная производительность
(для диаметра 4 мм), т, для покрытия: рутилового.............................9,6......9,6
основного (только сушка)............7,3 7,3
Продолжительность термической
обработки (без охлаждения), мин.....85-95......85-95
343
Влажность покрытия, %: начальная...........................10-12.....10-12
конечная для рутилового покрытия. 0,3~0,8...0,3-0,8
конечная для основного покрытия... 1,2-1,8..0,3-0,5
Спресованные электроды Э (см. рис. 123) после зачистной машины поступают на наклонный цепной конвейер 1, оборудованный ячейками для их поштучной раскладки. В верхней части этого конвейера электроды перекладываются па ремни промежуточного конвейера 2, скорость движения которого превышает скорость наклонного цепного конвейера, что предотвращает повреждения покрытия тыльной стороной ячеек поштучной раскладки.
С промежуточного конвейера электроды плавно переходят на цепной конвейер прохода I и поступают в печь 4. В печи электроды транспортируются на конвейерах, представляющих собой парные втулочно-роликовые цепи. Одиннадцать конвейеров (проходы I-XI) движутся в горизонтальных плоскостях, располагаясь один под другим.
Электроды последовательно проходят пять технологических зон (проходы): сушки 1 (Г-V), сушки 2 (VI—VIII), прокалки 1 (IX), прокалки 2 (X) и охлаждения (XI). Для минимизации возможности образования вмятин на покрытии цепи конвейеров проходов 1, II снабжены специальными скобами с войлочными накладками. Конвейеры проходов III—XI выполнены из стандартных двухрядных втулочно-роликовых цепей. На конвейерах проходов I-V электроды укладываются в один ряд, на остальных — в несколько рядов. Передачу электродов с одного конвейера на другой производят перекладчиками б, расположенными в конце каждого прохода печи (кроме одиннадцатого). Сбоку перекладчиков установлены торцевые выравниватели электродов, которые ретушируют на длину термообрабатываемых электродов: от 350 до 450 мм.
Все конвейеры печи кинематически разделены на две группы, каждая из которых приводится в движение отдельным приводом 3 и 5. После того, как электроды проходят зоны сушки, прокалки и охлаждения, их выгружают с хвостовой части конвейера прохода XI. В зонах сушки, прокалки и охлаждения имеются двери для доступа внутрь печи. Печь оборудована антизавальной системой, которая останавливает конвейеры при возникновении завала. Одновременно загорается световое табло с указанием номера секции, в которой произошел завал.
344
В зонах сушки 1 и 2 передача теплоты электродам происходит, в основном, конвективным способом от отопительных агрегатов ОА} и ОА2. Каждый отопительный агрегат имеет нагреватель сопротивления и вентилятор. Отопительные агрегаты установлены на площадке сбоку печи. Воздух подается в среднюю часть зон сушки 1 и 2 и отсасывается с их концов, т. е. реализована противоточно-прямоточная схема движения теплоносителя. Кроме того, между конвейерами проходов IV, V зоны сушки 1 и конвейерами проходов VII, VIII зоны сушки 2 установлены трубчатые электронагреватели, которые вносят теплоту свободной конвекцией и лучистым теплообменом.
В зонах прокалки 1 и 2 теплоту передают электродам также лучистым теплообменом и свободной конвекцией от ТЭНов, расположенных над и под конвейерами проходов IX и X.
Конвейер прохода XI проходит через зону охлаждения. Для охлаждения электродов к средней части зоны подключен вентилятор 7, вытягивающий теплый воздух из зоны и одновременно подсасывающий цеховой воздух через торцевые отверстия. Вентилятор зоны охлаждения выбрасывает воздух за пределы цеха.
Печь КСП-21У выполнена секционно, что облегчает ее монтаж. Ее тепловая часть состоит из шести секций длиной по 10,8 м каждая. При монтаже секции соединяют в длину попарно, образуя камеру длиной 21,6 м. Пара нижних секций (зона охлаждения) укреплена на фундаменте неподвижно. Пара средних секций (зоны прокалки 1 и 2) расположена над нижней на роликах, допускающих тепловые перемещения секций в горизонтальной плоскости. Пара верхних секций (зоны сушки 1 и 2) расположена над средней также на роликах.
Механизмы находятся в двух секциях по обе стороны тепловой части печи. Каждая из этих секций содержит по одной приводной станции и по пять перекладчиков с торцевыми выравнивателями.
Печь имеет щиты управления, в которых размещены системы антизавальной сигнализации, смонтированы электросхемы управления механизмами и температурным режимом.
Кривые изменения влажности покрытия электродов в процессе прохождения ими технологических зон печи показаны на рис. 124. Здесь приведены также аналогичные данные по электродам ЦЛ-11 при их термообработке в печи КСП-2. Видно, что в зонах сушки 1 и 2 влажность снижается от начальной (10-11,5%) до 4-5%. Далее, в зонах прокалки 1 и 2 влажность снижается до 0,2-0,7%. Для электродов МР-ЗМ с рутилово-ильменитовым покрытием приведено
345
Рис. 124. Кривые влажности электродных покрытий при термообработке в печах КСП-21 и КСП 2
распределение влажности покрытия по толщине слоя. Влажность распределяется неравномерно: 0,2% в верхней части слоя, 0,5% — в средней и 0,7% — в нижней, и электроды пересушены. Последнее можно устранить, отрегулировав режимы работы печи.
Преимуществом печей этой серии является конвейерность производства и обусловленные этим облегченные условия работы операторов, отсутствие рамок, тележек и потребности в площадях для их размещения. Недостатки — эпизодически возникающие завалы электродов и возможное их повреждение на перекладчиках.
Конвейерная печь КОЗ-12 для поточной термообработки электродов различного назначения диаметром 2-3 мм, длиной 280-400 мм была создана с учетом опыта многолетней эксплуатации ее предшественницы — печи КОЗ-8 Московского опытного сварочного завода. По сравнению с аналогом в печи реализованы новые технические решения: индивидуальные привода с регулируемой частотой вращения на всех одиннадцати взаимосвязано работающих конвейерах, наличие антизавальной системы, использование тиристорных преобразователей для непрерывного плавного регулирования температуры, оснащение цепей конвейеров трех первых проходов печи войлочными накладками, возможность автоматической компенсации изменения длины цепей при работе [94].
346
Техническая характеристика печи КОЗ-12
Количество тепловых секций, шт....................6
Температура термообработки, °C................50-380
Размеры термообрабатываемых электродов, мм: длина........................................280-400
диаметр...................................2,0-3,0
Установленная мощность, кВт.....................213
Производительность, т/смену.......................До 3
КПД печи, % ................’.................28-30
Габаритные размеры, м..................16,8x2,7x3,3
В печи принят способ транспортировки электродов на конвейерах, представляющих собой пару втулочно-роликовых цепей. Семь конвейеров (I VII) движутся в горизонтальных плоскостях и расположены один под другим (рис. 125).
Рис. 125. Схема механизмов печи КОЗ 12: 1 — наклонный конвейер загрузки; 2 — промежуточный конвейер; 3 — печь; 4 и 11 — приемные конвейеры; 5- 7, 9, 10, 12 — перекладчики; 8 — наклонный конвейер выгрузки; I-VII — проходы
347
Свежеопресованные электроды с зачистной машины через промежуточный откидывающийся транспортер поступают на наклонный цепной конвейер загрузки 1, снабженный ячейками для поштучного размещения электродов. В верхней части этого конвейера электроды перекладываются на текстропные ремни промежуточного конвейера 2, скорость движения которого превышает скорость наклонного цепного конвейера. С промежуточного конвейера электроды плавно переходят на цепной конвейер прохода I и поступают в печь 3.
В печи электроды последовательно проходят семь проходов I—VII, из них пять располагаются в зоне сушки, один — в зоне прокалки и один проход — в зоне охлаждения.
Для предупреждения вмятин и слипания покрытия в начальный период сушки цепи конвейеров первых трех проходов оснащены войлочными накладками.
Конвейеры проходов IV-VII выполнены из стандартных втулочно-роликовых цепей. Перекладчики 5 и 12 проходов I и II оборудованы приемными конвейерами 4 и 11 с собственными приводами для регулирования плотности укладки электродов перед барабаном перекладчика. Остальные перекладчики движутся теми же приводами, что и конвейеры соответствующего прохода.
Пройдя зоны сушки, прокалки и охлаждения электроды выгружаются из печи наклонным цепным конвейером 8 с лопатками и подаются к участку сортировки, взвешивания и упаковки.
Конвейеры проходов I—VII снабжены устройствами для автоматической компенсации удлинения-сжатия цепей при нагреве-охлаждении. При нагреве до 370 °C верхняя и нижняя ветви конвейера удлиняются на 45 мм каждая.
Все одиннадцать электромеханических приводов имеют регулируемую частоту вращения. Возможна регулировка в широком диапазоне скорости конвейеров, а, следовательно, продолжительности пребывания электродов на каждом конвейере. Скорости конвейеров взаимосвязаны между собой и подобраны таким образом, чтобы не возникали дефекты при термообработке, а также механические повреждения электродов на перекладчиках.
В зоне сушки теплоту электродам передают радиационно-конвективным способом. Радиационную составляющую теплопередачи обеспечивают ТЭНы, расположенные пад и под конвейерами, а конвективную — циркуляционные вентиляторы, расположенные в потолочной части печи.
348
Воздух в печи движется по замкнутому циркуляционному контуру. Вентиляторы забирают его из рабочего пространства и направляют через боковые пазухи в нижнюю часть зоны сушки — под проход V; далее он омывает как электроды, так и ТЭНы и вновь поступает во всасывающие отверстия вентиляторов.
Зона сушки оборудована тремя автономными электрическими регулируемыми секциями. Непрерывное регулирование температуры осуществляется с помощью тиристорных однофазных регуляторов.
На конвейерах проходов I III электроды укладываются в один ряд без соприкосновения, на конвейерах проходов IV и V — в 1-1,5 ряда.
В зоне прокалки теплоту электродам передают ТЭНы, расположенные над и под рабочей ветвью конвейера прохода VI. На этом конвейере электроды расположены в 4 5 рядов. Зона прокалки оборудована также тремя автономными электрическими регулируемыми секциями. Непрерывное регулирование температуры осуществляется с помощью тиристорных трехфазных преобразователей напряжения.
В зоне охлаждения проходит конвейер прохода VII, на котором электроды также расположены в 4-5 рядов. Для охлаждения электродов к средней части подключен вентилятор, вытягивающий теплый воздух из зоны и одновременно подсасывающий цеховой воздух через торцевые отверстия. Вентилятор зоны охлаждения выбрасывает воздух за пределы цеха.
Зоны сушки, прокалки и охлаждения снабжены дверями для доступа внутрь печи. Печь оборудована антизавальной системой, которая останавливает конвейеры в случае возникновения завала. Одновременно подается звуковой сигнал и загорается световое табло с номером двери, в районе которой произошел завал. Потери рабочего времени на ликвидацию завалов, характерных для печей такого типа, колеблются от 2-3 до 6-7%.
Как видно из кривых убыли влаги и нагрева электродов (рис. 126), влажность покрытия в зоне сушки уменьшается от 10% в начале зоны до 3% - в конце, а в зоне прокалки — до 0,2% (верхняя часть слоя). Некоторое снижение температуры в конце зоны прокалки происходит из-за влияния открытого торца печи.
При ограниченной продолжительности прокалки электродов (30-40 мин) в слое возможна неравномерность термообработки — с наибольшей влажностью выходят из печи электроды, находящиеся в середине слоя, с наименьшей — в верхней части слоя. Кроме того, имеет место заметное вспухание покрытия — 0,02-0,04 мм на сторону.
349
Двухтуннельная печь Г-232 позволяет достаточно эффективно обрабатывать электроды с различными видами покрытий по гибкой технологической схеме, обеспечивающей одновременную загрузку электродов разных типоразмеров с питанием от двух прессов, работающих по системе «тандем» [95]. Транспортировку электродов осуществляют на узких металлических рамках, опорная поверхность которых покрыта термостойкой лентой, впитывающей при термообработке влагу из расположенной на ней части электродного покрытия.
Техническая характеристика печи Г-232
Установленная мощность, кВт.......................295
Температура, °C................................40-190
Сменная производительность по электродам диаметром 4 мм, т...............................До 14
Единовременная загрузка, т......................До 8,5
Диаметр электродов, мм.............................3-5
Длина электродов, мм...........................280-450
Продолжительность термической обработки, ч......2,6-3,5
Количество стоп, шт.:
в одном тоннеле.................................50
в печи.........................................100
Цикл перемещения стоп, мин.....................1,6-2,1
Масса электродов диаметром 4 мм в стопе, кг......70-80
Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/т........135-140
Тепловой КПД, %..................................40-42
Габаритные размеры, м.......................27,1x3,1x3,2
в т. ч. тепловой камеры...............25,0x2,3x1,6
350
17 22 21 20
Рис. 127. Схема печи Г-232:1 — цеховая тележка; 2 — стопа; Зи9 — туннели; 4, 5, 7, 8 — отопительные агрегаты; 6, 11, 19 — приводы перемещения садки; 10 — дверь; 12 — разгрузочная тележка; 13 — отсасывающий короб; 14 — вентилятор; 15 — электронагреватель; 16 нагнетающий короб; 17 поддон; 18— поперечная тележка; 20— подвижные рамы; 21 — зацепы; 22— колеса поддона; I-IV — тепловые зоны
Для сокращения габаритной длины конструкция печи принята двухтуннельной (рис. 127) с последовательным прохождением электродами первого 3 и второго 9 тоннелей. Электроды из первого туннеля во второй передаются с помощью поперечной тележки 18. На туннелях установлены четыре отопительных агрегата 4, 5, 7, 8, каждый из которых имеет вентилятор 14, электронагреватель 15, нагнетающие 16 и отсасывающие 13 короба. В первом туннеле расположены тепловые зоны I и 11, а во втором — III и IV. Каждый из отопительных агрегатов снабжен системой автоматического регулирования температуры. Непрерывное регулирование осуществляется с помощью тиристорных трехфазных преобразователей напряжения. Первый туннель, поперечная тележка и второй туннель имеют соответственно приводы 6, 11, 19 для перемещения садки. Приводы — электромеханические с червячно-винтовой парой. Приводы туннелей соединены с подвижными рамами 20, которые оборудованы зацепами одностороннего действия 21. Рамы совер
351
шают шаговые возвратно-поступательные движения. На выходе из печи смонтирована подъемно-опускная дверь 10.
Вручную электроды снимают с конвейера зачистной машины и раскатывают на рамки в один слой без соприкосновения друг с другом. Рамки с электродами ставят на поддон 17 с колесами 22, расположенный на цеховой тележке 1, формируя стопу 2. После набора полной стопы тележку подвозят к печи и закрепляют специальными захватами на направляющих печи. Затем подвижная рама 20 с зацепами 21 сдвигает поддон вместе со стопой с тележки и устанавливает его на направляющие печи. Одновременно с продвижением первой стопы перемещаются на один шаг также все стопы, расположенные в первом туннеле, при этом последняя стопа передвигается из туннеля на поперечную тележку. С помощью этой тележки стопа перемещается к входу во второй туннель и останавливается. После этого привод 11 в комплекте с подвижной рамой и зацепами сдвигает стопу с поперечной тележки и помещает ее во второй туннель. Одновременно с этим все стопы второго туннеля продвигаются на один шаг в сторону разгрузки. Последняя стопа на выходном участке второго туннеля в процессе этого движения перемещается на разгрузочную тележку 12, предварительно закрепленную на направляющих печи. Механизмы работают в автоматическом режиме.
Конструкция печи рассчитана на раздельную сушку и прокалку электродов с основным покрытием, что позволяет по результатам сушки и полного контроля электродов производить их селекцию перед прокалкой.
Такая технология предпочтительна при изготовлении наиболее дорогостоящих электродов. После термической обработки в печи рутиловые и ильменитовые электроды направляют на контроль, сортировку и упаковку, а электроды с основным покрытием — на промежуточное хранение, контроль и далее на прокалку в другую печь.
Отличительной особенностью данной печи является обеспечение следующих факторов, положительно влияющих на качество покрытия: раскатка электродов на рамках исключает соприкосновение их друг с другом; рабочие поверхности рамок покрыты мягкой влагопроводной лентой с низким коэффициентом теплопроводности; конструкция рамок обеспечивает максимальную открытость электродов для воздушного потока; отсутствие перевалок электродов в печи; наличие зоны принудительного провяливания при 20-40 °C в течение 40-50 мин; наличие влажной атмосферы в зонах провяливания и сушки; небольшая скорость нагрева электро
352
дов (20-30 °С/ч вместо обычной 40-60 °С/ч), большая продолжительность сушки (2,6-3,5 ч вместо обычной 0,75-1,5 ч).
Главным недостатком печи является необходимость выгрузки всех электродов для ремонта и профилактического обслуживания ее механической части.
На рис. 128, а показаны кривые, отражающие процесс сушки и прокалки электродов с рутилово-ильменитовым покрытием МР-ЗМ
Рис. 128. Кривые влажности электродов МР-ЗМ (а); У ОНИ-13/55 (б)
23 - 9-423
353
диаметром 3 и 4 мм. Температура воздуха, подаваемого в зоны, составляла 60, 90, 150 и 180 °C, общая продолжительность сушки и прокалки 3,5 ч. Видно, что быстрее всего сохнут электроды, расположенные в нижней части стопы, медленнее — в средней части, верхние слои электродов по интенсивности сушки занимают промежуточное положение — в конце зоны II влажность составляет 5,7; 6,2 и 5,3% для электродов диаметром соответственно 3,0 мм и 7,5; 9,0 и 6,7% — для электродов диаметром 4 мм. Однако на выходе из печи за счет достаточной продолжительности сушки влажность электродов выравнивается и становится равной 0,4 0,7%.
На рис. 128, б показаны кривые сушки электродов УОНИ-13/55 с основным покрытием диаметром 3 и 4 мм. Характер распределения влажности такой же, как и для рутилово-ильменитовых электродов, но отклонение от среднего значения по высоте стопы существенно меньше (7,5 7,2=0,3% в середине печи по сравнению с 9,0-6,7=2,3%, см. рис. 128, а). Это объясняется разным уровнем температур в сравниваемых случаях. При температуре в зонах 40-90 °C и продолжительности сушки 2 ч 50 мин конечная влажность покрытия составляет 4,5-5,1 %.
Более глубокая сушка электродов с основным покрытием (до 1,9%) достигается за счет увеличения температуры до 110 °C и продолжительности процесса до 4,5 ч.
В ряде случаев по технико-экономическим соображениям, в первую очередь при изготовлении электродов специального назначения, термообработку производят по раздельной схеме с контролем качества электродов между операциями сушки и прокалки. В качестве прокалочных при этом используют камерные или туннельные печи.
Печь ТШТК-15 (рис. 129) предназначена для прокалки электродов диаметром 3-5 мм длиной 280-450 мм с любыми видами покрытий. По длине печи в теплоизолированном туннеле 1 прямоугольного сечения размещены участок загрузки, пять тепловых зон (I V), зона охлаждения и участок выгрузки. Каждая тепловая зона снабжена отопительным агрегатом (ЛС^-АОд), который включает вентилятор 2, трехфазный электронагреватель сопротивления 3, отсасывающий 4 и нагнетающий 6 короба, сбросный патрубок 5 с шибером, смонтированные на каркасе 8 и укрытые теплоизоляцией 7.
Для достижения равномерной тепловой обработки электродов тепловые зоны выполнены по различным аэродинамическим схемам с таким расчетом, чтобы входящий в туннель поток воздуха поочередно обтекал садку со всех сторон.
354
оа5 |_а 28 Д 15 16 |_г
21 Д
гЛ~-цк~~п-.т
Выгрузка
22
20 1^Г
19 26 27
Зона V Зона охлаждения Участок выгрузки
Участок естественного охлаждения Участок активного охлаждения
Рис. 129. Схема печи ППТК-15: 1 — туннель; 2 — вентилятор; 3 — электронагреватель; 4 — отсасывающий короб; 5 — сбросный патрубок; 6 — нагнетающий короб; 7 — теплоизоляция; 8 — каркас; 9 — нижний короб; 10 — потолочный короб; 11, 13, 14 — боковые короба; 12 — отсасывающий короб; 15 и 16 — вентиляторы; 17 — конвейер загрузки; 18 — основной конвейер; 19 — конвейер выгрузки; 20 — привод; 21 — электроды; 22 — рамки; 23 — поддон; 24 — загрузочная тележка; 25 — стопа; 26 — рама выгрузки; 27 — разгрузочная тележка; 28 — дверь; I-V — тепловые зоны
25 '
В зонах I, III и V теплоноситель поступает в рабочее пространство через нижний короб 9 (сечение А-А), обтекает садку с электродами в направлении снизу вверх и собирается в потолочном коробе 10. В зону II воздух подают через боковой короб 11 (сечение
23*
355
Б-Б), он обтекает садку горизонтальными струями и удаляется из рабочего пространства через боковой отсасывающий короб 12. В зону IV воздух также подают в рабочее пространство и удаляют из него через боковые короба 13 и 14 (сечение В-В) с горизонтальным движением через садку, однако направление обтекания садки противоположно имеющемуся в зоне II, Тепловые зоны работаю! по принципу многократной циркуляции воздуха с частичной его заменой — часть влажного воздуха удаляется через сбросный патрубок 5, а взамен через торцы печи поступает более сухой цеховой воздух. Температуру в зонах поддерживают автоматически.
Медленное охлаждение электродов происходит на участке естественного охлаждения на воздухе, а окончательное — на участке активного охлаждения потоком воздуха, создаваемого вентиляторами 15 и 16 и обтекающего электроды горизонтальными струями (сечение Г-Г).
Техническая характеристика печи ППТК-15
Установленная мощность, кВт.......................368
Количество обогреваемых тепловых зон, шт..........5
Температура, °C................................80-380
Сменная производительность по электродам диаметром 4 мм, т..............................До 15
Единовременная загрузка по электродам диаметром 4 мм, т..............................8,5 9,5
Диаметр электродов, мм...........................3-5
Продолжительность термообработки (без охлаждения), мин........................135-240
Влажность покрытия, %: до печи...................2-4
после печи............0,2-0,6
Длина, м: габаритная............................23,5
тепловой камеры..........................15
Ширина, м: габаритная...........................2,15
тепловой камеры........................0,95
Высота, м: габаритная............................4,0
тепловой камеры........................1,65
Печь имеет механизм перемещения садки, включающий конвейеры загрузки 17, основной 18 и выгрузки 19, которые кинематически связаны между собой и приводятся в движение приводом 20. Электроды 21, предварительно просушенные в сушильной печи, укладывают на рамки 22 в несколько слоев. Количество слоев
356
(2 6) зависит от начальной влажности покрытия, диаметра электродов и толщины покрытия. Рамки ставят на поддон 23 с колесами, расположенный на загрузочной тележке 24, формируя стопу 25. После набора полной стопы тележку подвозят к печи и пристыковывают к ней специальными захватами. Затем оператор включает механизмы, настроенные на единичный цикличный режим работы. При этом конвейер загрузки сдвигает стопу с тележки и устанавливает ее на основной конвейер. Одновременно с продвижением первой стопы на один шаг перемещаются все стопы, находящиеся на основном конвейере, а последняя стопа передвигается конвейером разгрузки на раму выгрузки 26 и далее на разгрузочную тележку 27.
В процессе перемещения от загрузки к выгрузке электроды последовательно проходят стадии нагрева, окончательной сушки, прокалки, охлаждения на воздухе и в потоке вентиляторного воздуха. Температура электродов после зоны охлаждения составляет 40—50 °C.
Система загрузки и основной конвейер печи обеспечивают одинаковый зазор между стопами, который возможно регулировать в пределах, достаточных для размещения между стопами подъемноопускной двери 28, расположенной на выходе из зоны V. Однако и без двери в печи поддерживается необходимая температура.
К достоинствам печи можно отнести:
• высокую производительность (12-15 т за восьмичасовую смену);
• большую длительность нагрева и прокалки (2,25-4,0 ч), обеспечивающую использование режимов с малой скоростью нагрева электродов, повышающих прочность покрытия за счет снижения в нем внутренних напряжений;
• наличие зоны медленного охлаждения, в которой электроды охлаждаются без резких градиентов температур, что также снижает внутренние напряжения и повышает прочность покрытия;
• достаточно высокую равномерность термообработки за счет разнонаправленного теплового воздействия на стопу (имеющийся разброс влажности по высоте стопы нерегулярен).
Описанная печь [96] может также работать в режиме непрерывной сушки-прокалки электродов с рутиловым и ильменитовым покрытием.
При работе по раздельной схеме сушку электродов диаметром 3 мм и более можно производить в простом и надежном сушильном цепном конвейере (сушиле) МОСЗ рис. 130. Конвейер длиной 18,5 м имеет сушильную камеру сечением 15x1x0,85 м, обогреваемую воздухом. В конвейере три зоны сушки с температурой соот-
357
woo _
1
Рис. 130. Схема сушильного конвейера МОСЗ: 1 — стопки рамок с электродами; 2 — транспортерные цепи
1500С 18500
ветственно 20-50 °C, 50-90 °C, не выше 60 °C. Протяженность зон соответственно 2,5-3; 7-8 и 1,5-2 м. Регулировка температуры автоматическая, максимальная температура в печи составляет 100 °C. Установленная мощность сушила 65 кВт.
Электроды нагревают горячим воздухом из электрического калорифера, расположенного рядом с рабочей камерой. Вентилятор среднего давления подает горячий воздух в рабочую зону через отверстия каналов, расположенных под цепью конвейера. Отверстия имеют заслонки, регулирующие количество подаваемого воздуха. Забор воздуха происходит через отверстия каналов, расположенных над цепью. Нагревательные элементы калорифера выполнены в виде двух трехфазных секций из нихромовой проволоки диаметром 3 мм.
После опрессовки электроды вручную раскладывают на деревянные рамки. Раскладку необходимо производить тщательно, обеспечивая отсутствие соприкосновений электродов друг с другом. Набранные в стопу (не более 20 рамок) электроды помещают на цепь конвейера. Включение конвейера периодическое, по мерс загрузки печи. Скорость движения цепей 1,8 м/мин. Разгрузка электродов по мере выхода рамок из сушильной камеры.
Сушильный конвейер обеспечивает хорошее качество сушки (влажность не превышает 5%). Для этого время нахождения электродов в печи должно быть не меньше 30, 40 и 60 мин для электродов диаметром соответственно 3, 4 и 5 мм. Конвейер обеспечивает сменную производительность 8 т электродов.
Электроды с повышенным коэффициентом массы (для диаметра 4 мм — более 70%, для диаметра 5 мм — более 60%) перед сушкой должны пройти предварительное подвяливание на воздухе в течение не менее 12 ч.
358
Такое сушило при соответствующем увеличении мощности нагревателей может быть трансформировано в сушильно-прокалоч-ную (для электродов с рутиловым и ильменитовым покрытиями) печь с рабочей температурой до 180 °C.
На многих предприятиях прокалку электродов после подвялива-ния производят в камерных электропечах различных конструкций. Характеристика некоторых из них приведена в табл. 70 [97]. Наиболее удобны в работе и обеспечивают меныпие потери теплоты при загрузке — выгрузке электродов печи с подъемом дверей. Внешний вид одной из них модели РкПК-450 показан на рис. 131, а схема модели ОСЗ-1 - на рис. 132. Печь ОСЗ-1 в течение многих лет положительно зарекомендовала себя, так как рациональная организация тепловых потоков в ней обеспечивает достаточную равномерность прогрева каждого электрода при малом времени термообработки — обычно около 60 мин. В печи размещают две тележки, на каждой из которых установлено по две стопы из восьми металличе-
Таблица 70. Техническая характеристика камерных печей
Параметр ОСЗ-1 ПК 5,0/450 сно 12.18.12/4 ППЭ-600 РкПК-450
Вместимость камеры, 1,3 5 2,6 5,6 2,35
Размеры рабочей камеры, м 2,5x0,7 х0,75 - 1,2x1,8 х1,2 2,5x1,5 х1,5 1.4x1,05 Х1,6
Габаритные размеры печи, м - 4,1x2,4 хЗ,2 1,97x2,4 х2,25 3,0x2,2 х2,0 (3,4) 2,05x1,8 х4,5
Масса печи, кг - 4700 1500 4000 1250
Максимальная масса загрузки, кг 600 1500 1500 4000 (оптимум 3 т) 800
У становленная мощность, кВт 65 124 45 120 50,5
Диапазон рабочих температур, °C До 400 До 400 До 400 160-450 до 450
Максимальное время разогрева до номинальной температуры (без садки), мин - - 60 180 °С/ч
Вид дверей С подъемом Распашные Распашные или с подъемом С подъемом
359
Рис. 131. Внешний вид проколочной печи РкПК-450
ских рамок с электродами. Возможна укладка электродов на рамках в 3-5 слоев. Охлаждение электродов проводят на воздухе в течение 30-40 мин.
На базе модернизированных печей типа ОСЗ-1, имеющих две торцевые вертикально открывающиеся двери, возможно создание проходных прокалочных печей. В отличие от базового варианта, в котором загрузку и выгрузку тележек с электродами производят вручную, в проходных прокалочных печах эти операции механизированы. Электроды укладывают на рамки, рамки ставят на специальную кассету, образуя две стопки рамок с электродами. С помощью кран-балки загруженную кассету устанавливают на загру-
Рис. 132.
Камерная проколочная электропечь типа ОСЗ1:
1 — заслонка (дверь);
2 — электро-калориферы;
3 — вентилятор;
4 — тележка с электродами
360
зочную часть конвейера печи. В печи одновременно находятся две кассеты, т. е. четыре стопы рамок с электродами. После прокалки электроды конвейером выгружают из печи и охлаждают на воздухе. Отметим, что прокалка электродов с основным видом покрытия требует жесткого соблюдения определенных условий эксплуатации (влажность покрытия перед прокалкой, количество слоев электродов, скорость нагрева и охлаждения). При влажности покрытия до печи 3,5-4,5% влажность после прокалки в течение 80-100 мин составляет для электродов диаметром 3-5 мм 0,3% — для основных и 0,6-0,8% — для рутиловых.
Современные камерные печи оснащают электронными приборами индикации и контроля температуры со специальным программным обеспечением, способными задавать ступенчатый режим сушки и прокалки электродов. Подключение приборов к компьютеру обеспечивает не только фиксацию данных в числовом и графическом видах, но и создание базы данных.
Для прокалки электродов с рутиловым и целлюлозным покрытиями возможно применение аэродинамических нагревательных установок. Для нагрева воздуха в таких печах используют эффект «аэродинамических потерь», создаваемый при вращении ротора специальной конструкции. Установка ПАП-ОЗЭИ тупикового типа с установленной мощностью электродвигателя до 55 кВт и единовременной загрузкой до 800 кг электродов обеспечивает за цикл 45-60 мин при максимальной температуре нагрева до 300 °C остаточную влажность покрытия 0,1-0,2%.
В индукционных печах использован нагрев электродов токами высокой частоты. Такие установки имеют несколько последовательных индукторов, через которые проходит главный транспортер. Транспортер представляет собой две параллельные бесконечные цепи. На удлиненные оси каждого звена цепи насажены изоляционные втулки-держатели электродов. Важное значение имеет выбор материала, из которого изготовлены втулки для закрепления незачищенного конца электрода. Используемый материал должен при достаточной механической прочности обеспечить удаление влаги с закрепленного конца.
Частота используемого в индукторах тока равна 8000 Гц, его силу регулируют в пределах от 50 до 400 А при напряжении до 800 В.
Спресованные электроды подают барабанным питателем на транспортер загрузки. Здесь они захватываются втулками-держателями сходящихся цепей главного транспортера и проходят последовательно все индукторы и зону охлаждения. Привод главного
361
транспортера осуществляется от двигателя постоянного тока, что позволяет плавно регулировать время нахождения электродов в печи. На выходе из печи цепи транспортера расходятся, и электроды поступают на сортировочный транспортер.
Последняя модель автоматической роторно-конвейерной линии термообработки электродов токами высокой частоты (ЛТЭ-1) позволяет производить термообработку электродов с рутиловым и основным покрытиями. Габаритные размеры установки 13x1,5x3,1 м. На электродах с рутиловым покрытием диаметром 4-6 мм обеспечивались следующие характеристики: температура 250-300 °C, производительность 500-700 шт./мин, продолжительность термообработки 6-10 мин, удельный расход электроэнергии 110-115 кВт-ч/т.
Применение индукционных установок позволяет резко сократить время термообработки, уменьшить в 4-5 раз производственные площади для печи, уменьшить расход электроэнергии и увеличить КПД печи. Однако даже на относительно мягких режимах нагрева установлено значительное вспухание покрытия, что снижает прочность и влагостойкость покрытия. Кроме того, установка сложна в конструктивном отношении, чувствительна к изменению загрузки электродами. Вероятно, по этим причинам в настоящее время их не эксплуатируют.
Существенными технологическими преимуществами обладают конвейерные печи с индивидуальной подвеской электродов на постоянных магнитах (рис. 133, 134), например, печь модели MS-сомс-200 фирмы «Mansa Sondage SA» (Швейцария). Печь может быть электрической, газовой или работать на мазуте. Она предназ-
Рис. 133. Схема прохождения электродов через печь: 1 — механизм выгрузки; 2 — натяжные механизмы; 3 — секция сушки; 4 — механизм загрузки; 5 — электроды на выходе из пресса; 6 — секция охлаждения
362
начена для сушки-прокалки электродов с целлюлозным или рутиловым покрытием, имеющих стержни из ферромагнитной стали. Максимальная температура термообработки 200 °C. Электроды с основным покрытием проходят в печи только сушку.
После опрессовки и прохождения зачистной машины электроды специальным устройством располагают вертикально, подвешивая торцами к бесконечному замкнутому магнитопроводу. Благодаря такой схеме крепления обеспечивается гарантированное отсутствие дефектов поверхности покрытия (трещин, вмятин), присущих обычным конвейерным печам. Электроды проходят через печь неоднократно в обоих направлениях, а затем через охлаждающую секцию. Общее время термообработки составляет 50 90 мин и регулируется скоростью движения цепи.
После термообработки электроды переводятся в горизонтальное положение и отправляются на упаковочную установку.
Термообработка электродов в такой печи происходит только за счет радиационного излучения без дополнительной циркуляции нагретого воздуха. Выделяющаяся влага удаляется мягко и непрерывно, что обеспечивает равномерность просушивания электродов и отсутствие дефектов покрытия.
Электрическая мощность печи 500 кВт, расход энергии при работе на мазуте или газе — около 410 000 ккал/ч.
В настоящее время на предприятиях постсоветского пространства в эксплуатации находится только одна печь описанного типа.
Газовые конвейерные печи для сушки и прокалки электродов, разработанные ВНИПИТеплопроект, позволяют термообрабаты-
363
вать в потоке электроды диаметром 4 и 5 мм с основным видом покрытия. Печи представляют собой однопроходное сушило, имеющее четыре зоны: подвяливания, сушки, прокалки и охлаждения. Печь оборудована четырьмя газовыми топками с циркуляционными вентиляторами. Две топки обогревают зону прокалки и по одной зоны подвяливания и сушки. Печь оборудована также дутьевыми и отсасывающими установками для выброса отработанных газов из сушила и дымовых газов при розжиге топок.
Техническая характеристика газовой конвейерной печи
Время термообработки, мин...........................65
в т.ч.: зона 1......................................20
зона 2........................................15
зона 3........................................20
зона 4........................................10
Температура, °C: зона 1......................................60-80
зона 2.....................................80-120
зона 3................................... 250-400
Производительность, т/ч, для электродов диаметром 5 мм: рутиловых (МР-3)................................До 2,3
основных (УОНИ-13/55)........................До 1,8
Число кассет в печи, шт............................859
Шаг навески кассет, мм............................25,7
Расход газа, м3/ч................................34-62
Габаритные размеры, м......................33,9x3,0x4,1
Электроды автоматически поштучно укладываются на подвесные кассеты, в которых следуют через всю печь. На выходе из печи электроды также автоматически снимаются с кассет, которые возвращаются назад.
Важным узлом печи является загрузчик электродов, имеющий жесткую конструкцию. Благодаря подбору соотношения ячеек на загрузочном барабане и в кассете в первый и последний паз кассеты электроды не укладываются, что исключает падение и перекосы крайних электродов. Схема механизации узла съема электродов с кассет показана на рис. 135.
Газовые печи экономичны, что особенно проявляется при опережающем росте цен на электроэнергию, отсутствуют перевалки, при которых возможно повреждение покрытия. Их недостатки были описаны ранее.
364
Рис. 1'35. Схема механизации узла съема электродов с кассет; 1 — кассета с электродами; 2 — цепной конвейер; 3 — съемное устройство; 4 — боковая рейка; 5 — натяжной ролик; 6 — лопатки приемного транспортера; 7 — желобчатый транспортер; 8 - направляющие
Вне зависимости от конструкции печи важнейшей характеристикой ее работы служит равномерность термообработки электродов в разных местах печи и в разных слоях электродов. Просто и оперативно о ней можно судить при термообработке электродов на стержнях из низкоуглеродистой стали по цветам побежалости:
Температура Цвет чистых от покрытия
прокалки, °C участков стержня
220...................................Светло-желтый
260 ..............................Красно-коричневый
280......................................Фиолетовый
300.................................Васшъково-синий
320....................................Светло-синий
330 350.......................................Серый
Если в электродах одной садки, выгруженных из печи, обнаружено различие в цвете торцов, значит, качество термообработки не соответствует требуемому. Качественно прокаленные электроды при плоском соударении издают металлический звук, а непрока-ленные или только просушенные — глухой.
365
Энергозатраты на термообработку электродов
Сушильно-прокалочные печи являются самыми крупными потребителями энергии среди оборудования электродного производства. В связи с постоянным возрастанием доли затрат на электроэнергию в себестоимости электродов проблема экономии энергоресурсов находится постоянно в поле зрения производителей электродов. В этой связи необходимо знание направлений расхода электроэнергии и путях его снижения [98]. Рассмотрим тепловой баланс (табл. 71) сушильного туннельного конвейера со следующей технической характеристикой: Тмакс = 100 °C, габаритные размеры рабочей камеры 15x1x0,85 м, одна тепловая зона, электроды размещены на деревянных рамках, стопированных на цепном конвейере.
Печь (рис. 136) представляет собой теплоизолированный тоннель Т прямоугольного сечения, оборудованный тепловой зоной и
Таблица 71. Тепловой баланс сушила
Показатель Тепловой баланс
кВт О/ /с
Приход
Тепловая мощность от наружного калорифера QK 42,52 98,2
То же от внутренних электронагревателей QBT 0 0
То же, вносимое влагой покрытия QJ(I] 0,8 1,8
Всего 43,32 100
Расход
Тепловая мощность на испарение влаги и перегрев паров Они 17,4 40,2
Часть тепловой мощности уходящих газов, равная тепловой мощности, приобретенной в печи наружным воздухом AQyx 6 13,9
Тепловая мощность, уносимая из печи оставшейся влагой покрытия ОоСТВЛ 1,03 2,4
То же, идущая на нагрев сухого покрытия Qn 4,74 10,9
То же, идущая на нагрев стержней 4,57 10,5
То же, идущая на нагрев транспортных средств QTp 7,63 17,6
То же, теряемая в окружающую среду через ограждающие конструкции 1,95 4,5
Всего 43,32 100
366
механизмом перемещения электродов — конвейером М. Тепловая зона включает циркуляционный вентилятор Вц, калорифер К с электронагревателем сопротивления, наружные трубопроводы свежего («сж») и рециркулируемого («рец») агента сушки — воздуха, патрубок подачи наружного воздуха («нар»), короба внутренние раздаточные («рк») и приема отработанного («отр») агента сушки. Уходящие газы («ух») удаляются из печи самотягой через открытые торцы. Агент сушки дополнительно внутри печи не подогревают.
Электрическая мощность, потребляемая такой печью из сети с учетом потерь вне печи, составляет 49,88 кВт, в т. ч. расходуемая электронагревателями 47,1 кВт, двигателями вентиляторов 2,6 кВт и механизмов периодически работающего конвейера 0,18 кВт.
В процессе работы электроды снимают с конвейера зачистной машины и вручную раскатывают на деревянные рамки в один слой без соприкосновения друг с другом. Рамки с электродами помещают на загрузочную часть неподвижного конвейера, устанавливая их одну на другую, постепенно набирают стопу С, затем включают конвейер и перемещают его на один шаг. При этом также на один шаг перемещаются все стопы, находящиеся в печи, а последняя стопа поступает к участку разгрузки электродов Э.
Анализ составляющих теплового баланса сушила показывает, что наибольшая тепловая мощность расходуется на испарение влаги и перегрев паров QHn (17,4 кВт, или 40,2%), в два с лишним раза меньше мощности идет на нагрев транспортных средств QTp (7,63 кВт, или 17,6%). Часть тепловой мощности уходящих газов, равная тепловой мощности, приобретенной в печи наружным воздухом, AQyx составляет 6,0 кВт или 13,9%. Близки тепловые мощности, идущие на нагрев покрытия Qn (4,74 кВт, или 10,9%) и
367
стержней Q<.T (4,57 кВт, или 10,5%). Наименьшие затраты приходятся на тепловую мощность, теряемую в окружающую среду через ограждающие конструкции (1,95 кВт, или 4,5%) и уносимую из печи оставшейся в покрытии (транзитной) влагой ОоСТВЛ (1,03 кВт, или 2,4%). Удельный расход электроэнергии Эуд на сушку равен 57,7 кВт-ч/т.
Следует отметить, что такие значения мощностей и соотношение между составляющими теплового баланса справедливы только для данной конструкции печи и данных условий ее работы. В общем случае электрическая мощность, потребляемая из сети, зависит от технологических, режимных, конструктивных параметров, теплотехнических схем печей, способа термической обработки (поточный или раздельный), составляющие которых приведены в табл. 72.
Значения экономии электроэнергии по направлениям для конкретной базовой печи, полученные при изменении одного из пара-
Таблица 72. Параметры термообработки и их составляющие
Параметр Составляющие параметра
Технологические Начальное влагосодержанпе покрытия Конечное влагосодержанпе покрытия Теплоемкость стержней Теплоемкость покрытия Количество покрытия на стержне (коэффициент массы)
Режимные Температура электродов на входе и выходе из печи То же, транспортных средств Производительность печи Температура и влагосодержанпе наружного воздуха То же, агента сушки То же, уходящих газов
Конструктивные Газоплотность печи Материал и масса транспортных средств Термическое сопротивление ограждающих конструкций
Т епл отехничес-кие схемы печи Варианты: с однократным использованием агента сушки; с рециркуляцией и выбросом части отработанного агента сушки; с рециркуляцией и выбросом части смеси отработанного агента сушки с наружным воздухом
Способы термообработки Поточный Раздельный
368
Таблица 73. Возможности уменьшения энергозатрат
Направление экономии энергии Экономия, % Способ реализации
Применение теплотехнических схем с рециркуляцией агента сушки 63 Проектные решения
Снижение разницы во влагосодер-жании покрытия до и после сушки 48 Приготовление маловлажной обмазочной массы: предварительное подвя-ливание электродов; исключение пересушивания электродов
Поточность термической обработки 5 22 Проектные решения
Использование вторичных энерго-ресурсов, уменьшение разницы температур транспортных средств на выходе и на входе в печь, обеспечение высокой газоплотности печи 14-15 Проектные решения, исключение дополнительных неплотностей при эксплуатации печи
Снижение температуры уходящих газов 11 Режимно-наладочные работы
Выбор транспортных средств с минимальной полной теплоемкостью, использование высокого термического сопротивления ограждающих конструкций, применение внутренних электронагревателей 5-9 Проектные решения, исключение снижения термического сопротивления при эксплуатации
Снижение температуры электродов на выходе из печи, повышение вла-госодержания агента сушки, направляемого в печь, и уходящих газов 4 9 Режимно-наладочные работы
У величение производительности 4 Интенсификация загрузки-выгрузки
Снижение температуры агента сушки, направляемого в печь 2 Режимно-наладочные работы
метров процесса, представлены в табл. 73. Из данных таблицы очевидны наиболее эффективные направления экономии, рациональные для первоочередной реализации. Такие направления можно выявить при анализе работы любой конкретной печи. В частности, для базовой модели печи — сушила МОСЗ теплотехническая схема с рециркуляцией воздуха на 63% (!) экономичнее схемы с однократным использованием агента сушки.
24 - 9-423
369
Глава 12.
Сортировка и упаковка электродов
Сортировка электродов
Сортировка и упаковка электродов — заключительные технологические операции цикла изготовления электродов. Их проводят после получения положительных результатов сертификатных (приемосдаточных) испытаний. При отработанном технологическом процессе изготовления электродов и применении поточных линий сортировку и упаковку производят сразу после термообработки.
При сортировке электродов визуально определяют наличие дефектов на поверхности покрытия. Их количество не должно превышать установленные нормы (см. табл.З). На рабочих местах сортировщиц должны находиться электроды с эталонными дефектами или соответствующие плакаты (стенды). Электроды с дефектами отсортировывают и помещают в изолятор брака.
Годные электроды упаковывают в коробки или пачки. Масса электродов в коробке (пачке) зависит от диаметра электрода и нс должна превышать: 3 кг — для электродов диаметром до 2,5 мм, 5 кг — для электродов диаметром от 3 до 4 мм, 8 кг — для электродов диаметром 5 мм и выше.
Рабочее место сортировщицы должно позволять производить осмотр каждого электрода со всех сторон. Развес электродов производят на специальных весовых устройствах или на весах, обеспечивающих требуемую точность. Возможна дозировка электродов путем штучного отсчета с применением счетчиков любой конструкции. Количество штук в коробке (пачке) устанавливают для каждой партии электродов.
Отклонение от указанной па этикетке или в маркировке массы коробки (пачки) электродов не должно превышать половины расчетной массы одного электрода в сторону уменьшения и расчетной
370
массы двух электродов в сторону увеличения. В каждую коробку (пачку) вкладывают ярлык с личным номером сортировщицы.
Рабочее место сортировщицы должно быть хорошо освещено и оборудовано местным отсосом для удаления ныли.
Упаковка электродов
Прямой функцией упаковки является защита электродов от механических воздействий, порчи, загрязнений, увлажнения. Однако существуют и дополнительные требования. Это прежде всего требования экологичности упаковки — упаковочные материалы должны быть пригодны для переработки и повторного использования, не загрязнять окружающую среду. Кроме того, упаковка должна обеспечивать сохранность качества и количества продукции на всех этапах ее транспортировки, перемещения, хранения; обеспечивать удобство погрузки, выгрузки, перевозки электродов на всех видах транспорта с учетом максимального использования грузоподъемности транспортных средств; облегчать проведение работ, связанных с складским хранением электродов; обеспечивать возможность проведения не только оптовых, но и мелкооптовых и розничных продаж без дополнительных переупаковок.
К важным функциям упаковки относят сегодня ее эстетичность и информативность, обязательные требования к которой нормированы ГОСТ 9466-75. Графическое изображение на упаковке дает дополнительную информацию. Следует учитывать, что знакомство потребителя с электродами и с конкретным производителем происходит, обычно, на основе символов и текста на упаковке, причем наиболее запоминаемы ее цвет и форма.
Развешенные электроды упаковывают вручную или механизированно. Несмотря на технологическую простоту операции упаковки, качество ее выполнения и применяемые материалы могут иметь решающее значение для потребительских свойств электродов. При плохой упаковке электроды могут увлажняться из атмосферы воздуха. Повышенная влажность покрытия во многих случаях является основной причиной появления недопустимых дефектов в металле шва (пор, трещин). Качественная упаковка обеспечивает сохранение приемлемой влажности покрытия.
Вообще, электродные покрытия достаточно гигроскопичны, что определяется, в первую очередь, долей сухого остатка жидкого
24* ’ 371
стекла. Все прочие компоненты покрытий в сравнении с ним адсорбируют незначительное количество влаги. Существенное понижение гигроскопичности электродных покрытий возможно еще на стадии изготовления электродов за счет применения активных технологических добавок. В результате их взаимодействия с жидким стеклом снижается способность гидросиликатной связки к адсорбции влаги из окружающей атмосферы. Наиболее эффективно введение 1% добавок в сочетании с натриевым и натриево-калиевыми жидкими стеклами (рис. 137) [99].
Различные варианты упаковки, регламентированной ГОСТ 9466-75, приведены в табл. 74. Из таблицы видно, что в
Рис. 137. Кинетика поглощения влаги покрытием основного вида (электроды АНО-23): 1— без добавок; 2-4— по 1% различных технологических добавок
372
Таблица 74. Упаковочные материалы и их сочетания
Упаковка Наименование Стандарт, марка
Пачка Оберточная бумага+полиэтилено-вая пленка толщиной 0,1-0,2 мм ГОСТ 8273 75* ГОСТ 10354-82
Упаковочная водонепроницаемая бумага: двухслойная упаковочная, мешочная ГОСТ 8828-89 марки Б-70, Б-80, Г-80* ГОСТ 2228 81, марки В-70, В-78*
Коробка Пластмассовая герметизируемая Не нормируется
Коробочный картон толщиной не менее 0,8 мм ГОСТ 7933-89*
Коробочный картон толщиной не менее 0,7 мм + полиэтиленовая пленка толщиной 0,1-0,2 мм или полиэтиленовая термоусадочная пленка ГОСТ 7933-89* ГОСТ 10354-82 ГОСТ 25951-83
Пачка+ коробка Оберточная бумага + металлическая герметизируемая ГОСТ 8273 75* Не нормируется
* Или равноценные по характеристикам.
ряде случаев применяют комбинированную упаковку, используя два упаковочных материала.
В мировой практике для низководородистых электродов с основным покрытием используют не предусмотренную отечественным стандартом вакуумную упаковку. При этом количество электродов, рассчитанное на использование в течение половины рабочей смены, упаковывают в вакууме во внутренние твердые пластиковые пакеты и обтягивают усадочной прочной воздухонепроницаемой фольгой. Такая упаковка обеспечивает возможность использования электродов без дополнительной повторной прокалки. Однако технически потребность в ней невелика, она достаточно дорога и поэтому ее применяют ограниченно.
На каждой коробке или в пачке с электродами должна иметься этикетка или маркировка, содержащая следующие данные:
• наименование или товарный знак предприятия-изготовителя;
• условное обозначение электродов;
• номер партии и дату изготовления;
• область применения электродов;
• режимы сварочного тока в зависимости от диаметра электродов и положения сварки или наплавки;
373
• особые условия выполнения сварки или наплавки;
• механические и специальные свойства металла шва, наплавленного металла или сварного соединения, не указанные в условном обозначении электродов;
• допустимое содержание влаги в покрытии перед использованием электродов;
• режим повторного прокаливания электродов;
• массу электродов в коробке или пачке.
Перечисленные данные (кроме трех первых) должны быть взяты из стандарта или технических условий на электроды конкретной марки. Этикетку вкладывают в пачку или наклеивают на упаковку. На коробку наклеивают этикетку или типографским способом наносят маркировку.
Групповой тарой для коробок и пачек с электродами являются ящики (табл. 75). При транспортировании электродов в районы Крайнего Севера и труднодоступные районы групповая тара должна отвечать нормам ГОСТ 15846-2002. Для прочности ящики из дерева и древесноволокнистых плит обвязывают лентой. Масса брутто ящиков из картона не должна превышать 32 кг, ящиков из древесноволокнистых плит — 50 кг, деревянных ящиков — 80 кг, многооборотных ящичных металлических поддонов и крупногабаритных деревянных ящиков — 1100 кг.
Ящики массой до 80 кг обычно укладывают на европоддоны и пакетируют, используя для обвязки ленту с предварительной обмоткой стрейч-пленкой. Высота укладки коробок или пачек с электродами в ящичные металлические поддоны и крупногабаритные ящики не должна превышать 600 мм. Такое ограничение предохраняет электроды нижних слоев от механического разрушения по-
Таблица 75. Групповая тара
Материал ящика Марка (тип) ГОСТ
Тарный картон КС, КС-1 9421-80*
Гофрированный картон - 7376-89*
Древесноволокнистые плиты, толщина 4 мм т 4598-86
Дерево, влажность не более 22% - 18617-83 или 15623-84
Дерево (крупногабаритный ящик) тип 1-1 и др. 10198 91
Металл (закрытый ящичный поддон) - -
* Или равноценные по характеристикам.
374
крытия под тяжестью верхних слоев, особенно при транспортной тряске. В любом случае высота штабелирования электродов должна обеспечивать сохранность электродов нижних слоев.
На одну из боковых поверхностей каждого ящика (поддона) должна быть наклеена этикетка или нанесена маркировка, где указаны данные, аналогичные предусмотренным для коробок и пачек с электродами. На каждый ящик должны быть нанесены манипуляционные знаки «Осторожно, хрупкое» и «Боится сырости» по (ГОСТ 14192 96).
Электроды транспортируют крытыми транспортными средствами в соответствии с правилами перевозок, действующими на конкретном виде транспорта. При перевозке электродов, особенно мелкооптовых партий, автотранспортом необходимо тщательно проконтролировать достаточность их защиты от атмосферной влаги.
При использовании железнодорожного транспорта электроды, упакованные в деревянные ящики, транспортируют в крытых вагонах, а электроды, упакованные в ящики из картона или древесноволокнистых плит, — в универсальных контейнерах. При этом деревянные ящики формируют в пакеты по ГОСТ 26643-85.
Допустимо использование плоских поддонов одноразового применения по ГОСТ 26381-84 или подкладок из деревянных брусков сечением не менее 50x50 мм. Транспортируют пакеты по правилам перевозки грузов.
Операцию упаковки на большинстве заводов постсоветского пространства выполняют вручную. Только для упаковки в термоусадочную пленку как пачек и коробок, так и картонных ящиков с электродами, используют выпускаемые промышленностью универсальные термоупаковочные установки. В ряде случаев промышленные модели установок трансформируют под задачи определенного электродного производства. Существуют и специализированные автоматы, например АУП-1, УТП-450-2.
Техническая характеристика
упаковочных автоматов: АУП-1 УТП-450-2
Производительность, упаковок, шт./мин..................7-10..........До 5
(или до 80 блоков/ч)
Размер упаковки, мм..........65x65x360,. .До 70x70x460,
65x60x460 . ..300x300x460
(для блоков)
375
Масса электродов в упаковке, кг....2-5.........До 25
Толщина упаковочной пленки, мм:
полиэтиленовая...................0,1....Не использ.
полиэтиленовая термоусадочная.............0,06-0,08........До 0,15
Диаметр рулона пленки, мм: внутренний...........................75..........-
наружный......................До 300.............-
Ширина рулона пленки, мм:.............
полиэтиленовой (обычной).........580.............-
термоусадочной..................510.........До 1000
Габаритные размеры автомата, мм.....................ЗОООх.........2700*
1200x1600..... 1350x1700
Масса, кг, не более..............1500.............500
Автомат АУП-1 предназначен для упаковки коробок с электродами в полиэтиленовую пленку с герметичной заваркой оболочки или в термоусадочную пленку без заварки торцов с последующей термоусадкой. Автомат работает автономно или в составе линии упаковки электродов. Автономная установка УТП-450-2 позволяет упаковывать в термоусадочную пленку как коробки с электродами, так и группировать блоки из 4-6 коробок. Переналадка установки занимает I ч [100].
Среди механизированных линий упаковки известна линия НПВФ «ОСПАЗ-Прогресс», предназначенная для приема прокаленных электродов из печи и упаковки накопленных в контейнерах электродов в картонные коробки или в пачки из бумаги. Линия состоит из двух секций: накопления (рис. 138, а) и упаковки (рис. 138, б). Из прокалочпой печи 1 электроды 2 перемещаются через выравниватель 3 пластинчатыми ремнями транспортера 4 в накопительный контейнер 5. Высоту падения электродов регулируют амортизирующим гибким ремнем 6. Накопление электродов в контейнерах обеспечивает независимость работы секции упаковки от работы секции накопления электродов, жестко связанной с работой электродоизготавливающей линии.
Порцию электродов кран-балкой с помощью гибкого ремня помещают в приемный бункер разгрузочного транспортера 7 секции упаковки. Электроды перемещают по пластинчатым цепям транспортеров разгрузки и приемки 8 через вставку 9, ускоряют их дви-
376
Рис. 138. Полуавтоматизированная линия упаковки электродов: а — секция накопления электродов; б — секция упаковки электродов (1 — прокалочная печь; 2 — электроды; 3 — выравниватель и датчик количества электродов; 4 — приемный транспортер; 5 — накопительный контейнер; 6 — амортизирующий ремень; 7 — разгрузочный транспортер; 8 — приемный транспортер разгрузки; 9 — вставка; 10 — промежуточный транспортер; 11 — узел дозирования; 12 — дозировочный транспортер со столом упаковки)
жение, обеспечивая укладку в один слой, направляя на промежуточный транспортер 10. Там их выравнивают, маркируют (если они не были промаркированы ранее на зачистной машине). Затем электроды поступают в узел дозирования 11, раскладываются в гнезда дозировочного транспортера 12 со столом упаковки, снабженном устройством заклейки коробок (пачек) скотчем.
Техническая характеристика линии:
Размеры электродов, мм длина........................................250 450
диаметр....................................2,5-6,0
Максимальная скорость перемещения электродов, м/мин.. .7
Потребляемая мощность, кВт........................3
Масса электродов в накопительном контейнере, кг, макс... 1000
Габаритные размеры линии, м: ширина...........................................0,9
высота........................................1,9
длина секции упаковки.........................9,0
длина секции накопления.......................3,0
377
Аналогично назначение линий ЛУА 1 и КОПСЭ 11, где возможна и автоматизированная наклейка этикеток, если необходимые данные не нанесены на коробку типографским способом. Производительность линии КОПСЭ И составляет 650 электродов в минуту, т. е. в зависимости от массы одного электрода до 9 пятикилограммовых пачек для диаметра 4,0 мм.
Механизированные линии упаковки являются дорогостоящим оборудованием, целесообразность их применения должна быть просчитана экономически.
Хранение электродов
Электроды храпят в сухих отапливаемых помещениях при температуре не ниже плюс 15 °C. Условия хранения должны предохранять их от загрязнения, увлажнения и механических повреждений. Относительная влажность в помещении не должна превышать 60%. Получение требуемой относительной влажности можно обеспечить, применяя кондиционеры. Температуру необходимо поддерживать постоянной в течение суток. Резкие перепады температуры в дневное и ночное время могут привести к конденсации атмосферной влаги в виде росы на поверхности ящиков и коробок с электродами. Именно по этой причине металлические помещения для хранения электродов непригодны.
Высота штабеля электродов при хранении должна обеспечить целостность нижних рядов электродов. Складские помещения должны быть оборудованы подъемно-транспортными средствами, обеспечивающими легкое передвижение грузов.
Хранение электродов обязательно производят раздельно по партиям, маркам, диаметрам. При соблюдении надлежащего качества упаковки, условий транспортирования и хранения срок технической годности электродов не ограничен. Считают, что их можно применять для сварки достаточно ответственных конструкций даже через много лет после изготовления. Однако в этом случае необходимо предварительное проведение контрольных испытаний электродов.
ГОСТ 9466-75 не нормирует гарантийный срок хранения электродов, т. е. время, в течение которого предприятие-изготовитель несет юридическую ответственность за качество продукции. Этот срок устанавливает общее законодательство страны или технические условия изготовителя.
378
Глава 13.
Управление качеством в электродном производстве
Взаимосвязь качества электродов и качества сварных соединений
Покрытые элекгроды, являясь главной составляющей технологического процесса ручной дуговой сварки, определяют, в конечном итоге, эксплуатационную надежность и безопасность сварных конструкций. Хотя конструктивно электрод весьма прост, он (как уже было показано выше) представляет собой сложную металлургическую и технологическую систему. Поэтому стабильность свойств сварных соединений и их надежность могул быть обеспечены только при надлежащем качестве изготовления электродов. Последнее во многом зависит от квалификации и добросовестности работников электродного производства, от эффективности функционирования системы менеджмента (управления) качества.
Из многолетней практики известно, что значительная доля недопустимых дефектов сварных швов вызвана использованием некачественных электродов. Все работающие в электродном производстве, кроме владения своей узкой специальностью, должны иметь полное представление о высокой степени ответственности производимой продукции. Практически все нарушения регламента технологического процесса изготовления электродов приводят, в той или иной степени, к ухудшению их сварочно-технологических свойств и образованию дефектов сварных соединений (табл. 76) со всеми вытекающими отсюда, порой весьма тяжелыми, последствиями: электроды относятся к объектам повышенного риска.
Все работники электродного производства должны четко понимать последствия нарушений требований технологического процесса изготовления для характеристик получаемых электродов, а
379
380 381
Таблица 76. Последствия нарушений технологического процесса изготовления электродов
Операция технологического процесса Возможные виды нарушений Причины возникновения Последствия для качества электродов Последствия для качества сварных конструкций
Хранение сырьевых материалов Перепутывание видов и марок Халатность персонала Несоответствие нормам по составу покрытия. Брак по сварочно-технологическим свойствам Невозможность ведения сварки; скрытые дефекты шва, вплоть до разрушения конструкций; поры, трещины и пр.
Загрязнение посторонними примесями Ненадлежащие условия хранения Снижение сварочно-технологических свойств; при устранении сепарацией или промывкой — рост трудоемкости При устранении - без последствий
Повышенная влажность То же, недостаточность входного контроля Увеличенная разнотолщинность покрытия из-за ухудшения пластичности обмазочной массы, повышенная влажность покрытия, снижение сварочпо-технологиче-ских свойств, увеличение брака Повышенное количество пор, шлаковых включений: несплавления, невозможность обеспечения заданных характеристик швов
Хранение проволоки Йжавчина па поверхности углеродистой и низколегированной проволоки Ржавчина на стержнях под покрытием. Брак электродов с основным покрытием Пористость швов, газовые флокены; трещины из-за высокого содержания водорода
Перепутывание марок проволок Ненадлежащие условия хранения, ошибка персонала Несоответствие нормам но составу и свойствам металла шва. Внешне не проявляется. Наиболее опасный дефект, особенно, если имеется только в части объема партии, так как труднообнаружим при контроле Вплоть до аварийного выхода конструкций из строя. В зависимости от вида конструкций и условий эксплуатации чревато техногенными катастрофами
Продолжение табл. 76
Операция технологического процесса Возможные виды нарушений Причины возникновения Последствия для качества электродов Последствия, для качества сварных конструкций
Дробление кусковых материалов Перепутывание видов и марок сырья: рудоминералов Ошибка персонала Ухудшение сварочно-технологических свойств, вплоть до брака и невозможности сварки Повышенное количество пор, шлаковых включений, нарушение геометрии швов. Брак конструкций из-за несоответствия нормам состава и свойств
ферросплавов Несоответствие нормам по составу покрытия, составу и свойствам металла шва — окончательный брак При попадании на сварку - брак сварных соединений вплоть до аварийного выхода конструкций из строя. В зависимости от вида конструкции и условий эксплуатации чревато техногенными катастрофами
Превышение норм по крупности дробленного материала Плохая наладка дробилки, изнашивание щек Затрудняет последующее получение порошков заданной крупности. Устраняется последующими операциями При устранении -без последствий
Тонкое измельчение Нарушение норм по гранулометрическому составу (крупности) порошков Прорыв сита, износ шаров, нарушение режимов помола Повышенная разнотолщинность покрытия, брак по химсоставу и свойствам металла шва, ухудшение сварочно-технологических свойств электродов (разбрызгивание, плохая отделимость шлака и пр.) Повышенная дефектность швов по шлаковым включениям, наличие перасплавившихся частиц ферросплавов, снижение эксплуатационной надежности конструкций
Смешивание различных видов сырья Плохая очистка мельницы из-за халатности персонала Возможен брак по химическому составу наплавленного металла. Снижение сварочно-технологических свойств электродов Повышенная дефектность швов по порам и шлаковым включениям
382 ’ 383
. Продолжение табл. 76
Операция технологического процесса Возможные виды нарушений Причины возникновения Последствия для качества электродов Последствия для качества сварных конструкций
Контрольный просев Непроведение операции Халатность персонала Повышенная разнотолщинность покрытия, брак по химсоставу и свойствам металла шва, ухудшение сварочно -технологических свойств электродов (разбрызгивание, плохая отделимость шлака и пр.) Повышенная дефектность швов по шлаковым включениям, наличие нерасплавив-шихся частиц ферросплавов, снижение эксплуатационной надежности конструкций
Закрупнение частиц материала Прорыв сита, нарушение технологии просева
Разварка силиката Раствор жидкого стекла существенно отличается но плотности и вязкости от заданных параметров Низкая квалификация или ошибка персонала Жидкое стекло не поддается корректировке и не может быть использовано в производстве электродов. Брак —
Раствор жидкого стекла не соответствует заданным параметрам Ошибка персонала Невозможность получения качественного покрытия. Устранимо смешиванием стекол разных варок с ростом трудоемкости При устранении — без последствий
Дозирование шихты Отклонение состава шихты от требуемой рецептуры во всей партии электродов Ошибка технолога или дозировщика, разладка весов Брак партии электродов по химическому составу и свойствам металла шва, а также по сварочно-технологическим свойствам
Отклонение состава шихты от требуемой рецептуры в одном или нескольких замесах Ошибка дозировщика, разладка весов Самый опасный дефект — 100%-но не выявляется!
Брак части партии электродов по химическому составу и свойствам металла шва, а также по сварочно-технологическим свойствам При попадании на сварку — брак сварных соединений вплоть до аварийного выхода конструкций из строя. В зависимости от вида конструкции и условий эксплуатации чревато техногенными катастрофами
Продолжение табл. 76
Операция технологического процесса Возможные виды нарушений Причины возникновения Последствия для качества электродов Последствия для качества сварных конструкций
Приготовление обмазочной массы Неравномерность состава массы по объему Несоблюдение режимов смешивания; износ рабочих органов смесителя; плохое качество жидкого стекла Неравномерность состава покрытия электродов внутри одного замеса. Увеличенная (вплоть до брака) разнотолщинность покрытия из-за ухудшения пластичности обмазочной массы. Брак по сварочно-технологическим свойствам Неравномерность свойств сварного соединения по длине и сечению шва. Снижение эксплуатационной надежности конструкций
Приготовление стержней Перепутывание марок проволоки Недостаточность операционного контроля, ошибка персонала Несоответствие нормам по составу и свойствам металла шва. Внешне не проявляется. Наиболее опасный дефект, особенно, если имеется только в части объема партии, так как труднообнаружим при контроле Вплоть до аварийного выхода конструкций из строя. В зависимости от вида конструкций и условий эксплуатации чревато техногенными катастрофами
Дефекты стержней Недосмотр персонала, плохая наладка или раз-ладка станка Повышенная разнотолщинность покрытия, увеличение брака; ухудшение сварочно-технологических свойств электродов, в т.ч. затрудненная сварка в различных пространственных положениях Повышенная дефектность сварных соединений, особенно с односторонними швами и в трубных конструкциях
Чрезмерный разброс по длине стержней Невозможность соблюдения норм по зачистке, перегрев электродов в электрододержателе Неравномерность швов по составу и свойствам, снижение эксплуатационной надежности конструкций
Продолжение табл. 76
Операция технологического процесса Возможные виды нарушений Причины возникновения Последствия для качества электродов Последствия для качества сварных конструкций
Опрессовка электродов Повышенная разно-толщинность покрытия Низкая пластичность обмазочной массы, дефекты и плохая наладка оборудования и инструмента, низкая квалификация или невнимательность персонала Брак по разнотолщинности, ухудшение сварочно-технологических свойств электродов, ограниченность использования электродов потребителями Повышенная дефектность сварных соединений (поры, несплошности, затеки шлака, непровары и пр.), особенно с односторонними швами и в трубных конструкциях
Дефекты покрытия (наплывы, рыхлости, задиры, неровности) Неудовлетворительный товарный вид. Снижение объемов продаж электродов Без серьезных последствий
Несоблюдение норм по толщине и коэффициенту массы покрытия Использование калибрующей втулки (фильеры) несоответствующего диаметра Брак по химсоставу наплавленного металла и по сварочно-технологическим свойствам электродов; возможен брак по свойствам металла шва Повышенная дефектность сварных соединений, особенно с односторонними швами и в трубных конструкциях, снижение эксплуатационной надежности конструкций
Зачистка концов элек-тродов Оголенность стержня у контактного торца Низкое качество обмазочной массы или плохая наладка зачистной машины, износ зачистной фрезы, недосмотр персонала Брак по общим техническим требованиям к электродам Пористость швов в начале горения каждого электрода
Отклонение длины участка зачистки от норм стандарта Недосмотр персонала, износ щеток, плохая настройка узла зачистки Брак по общим техническим требованиям к электродам; перегрев электрода в электрододержателе Неравномерность швов по составу и свойствам, снижение эксплуатационной надежности конструкций
Продолжение табл. 76
Операция технологического процесса Возможные виды нарушений Причины возникновения Последствия для качества электродов Последствия для качества сварных конструкций
Предварительная сушка электродов (провяливание) Непроведение операции Недостатки системы контроля, низкий уровень технологической дисциплины, халатность персонала Увеличение брака при последующей термообработке электродов: вспухание, трещины покрытия, слипание электродов, снижение прочности, ухудшение сварочно-технологических свойств электродов Повышенная дефектность сварных соединений
Повышенная остаточная влажность Произвольное уменьшение длительности, несоблюдение температуры операции
Термообработка (сушка и прокалка) электродов Высокая остаточная влажность покрытия Нарушение режимов термообработки, некаче- Ухудшение сварочно-технологических свойств (разбрызгивание, неравномерность плавления) Повышение пористости швов и вероятность образования трещин
Низкая прочность покрытия ственное провяливание; неисправность печей и контрольно-измерительной аппаратуры, плотное прилегание электродов на рамках друг к другу Опадание покрытия при транспортировке электродов и при зажигании дуги. Брак —
Трещины на покрытии Неравномерность плавления электрода, опадание покрытия при сварке, снижение сварочнотехнологических свойств Множественные дефекты швов
1 Продолжение табл. 761 Последствия для качества сварных конструкций При попадании на сварку -всевозможные дефекты швов При попадании на сварку -брак сварных соединений, вплоть до аварийного выхода конструкций из строя. В зависимости от вида конструкций и условий эксплуатации чревато техногенными катастрофами Высокая дефектность швов но порам, шлаковым включениям, вероятность трещин При попадании на сварку -брак сварных соединений
Последствия для качества электродов Брак. Возврат от потребителя и финансовые потери Порча электродов при транспортировке и хранении у потребителя Опасный вид брака. Возврат от потребителя и финансовые потери Несоответствие нормам по составу и свойствам металла шва. Внешне не проявляется. Наиболее опасный дефект, особенно, если имеется только в части объема партии, так как труднообнаружим при контроле [Повышенная влажность покрытия, не всегда устраняемая прокалкой перед сваркой у потребителя; ухудшение сварочно-технологических свойств Разрушение покрытия низле-жащих слоев электродов, брак
Причины вОЗ~ никновения Халатность персонала То же, недостатки системы контроля г х Грубейшая ошибка персонала ! Недостатки системы учета и контроля, халатность персонала 1 Упущение администрации предприятия Недостаток площадей, ошибка персонала
Возможные виды нарушений Попадание дефектной продукции в годную Некачественная упаковка Несоответствие этикетки марке упакованных электродов Перепутывание марок проволоки или покрытия 1 Нарушение условий хранения; по температуре, влажности в помещении । по высоте штабелирования
Операция технологического процесса Сортировка и упаковка Очистка покрытия бракованных электродов Хранение готовой продукции
386
затем — для процесса ручной дуговой сварки и качества сварных конструкций (изделий) [101]. Надо знать и всегда помнить, что некачественный электрод может явиться причиной разрушения конструкций, аварии, техногенной и экологической катастрофы.
Известно немало случаев, когда изготовленные с теми или иными нарушениями технологии надежно зарекомендовавшие себя в многолетней практике электроды, например марки УОНИ-13/55, не могли быть использованы при сварке. И конечно, завод-изготовитель с репутацией поставщика ненадежной продукции не имеет шансов на экономическое благополучие в условиях конкуренции.
Анализ данных табл. 76 показывает, что гарантировать качество выпускаемых электродов предприятие может только при отлаженной системе управления качеством.
Управление качеством при изготовлении электродов
Управление (менеджмент) качеством продукции должно осуществляться на основе признанных во всем мире стандартов серии (семейства) ИСО 9000, состоящий из трех базовых стандартов:
ИСО 9000:2000 Системы общего менеджмента качества. Основы и словарь.
ИСО 9001:2000 Системы менеджмента качества. Требования.
ИСО 9004:2000 Системы менеджмента качества. Методические указания по улучшению деятельности.
Стандарты имеют общую структуру и базируются на восьми принципах менеджмента качества:
1. Предприятие, ориентировано на потребителя, т.е. предприятие зависит от потребителей его продукции и, следовательно, должно понимать их настоящие и будущие запросы, выполнять их требования и стремиться превзойти их ожидания.
2. Роль руководства — руководители создают условия для обеспечения персонала всеми необходимыми ресурсами, четко прогнозируют будущее предприятия, демонстрируют приверженность качеству собственным примером, признают и поощряют вклад людей.
Без руководителя-лидера невозможно мобилизовать и увлечь персонал на достижение успеха.
3. Вовлечение работников — работники всех уровней составляют сущность предприятия, полное вовлечение дает возможность использования их способностей на благо производства.
25*
387
4. Подход как к процессу — желаемый результат достигается последовательным взаимодействием всех процессов, присущим производству при обеспечении ресурсами и информацией, необходимыми для поддерживания и улучшения этих процессов.
5. Системный подход к менеджменту - эффективность и результативность предприятия улучшаются при определении, понимании и управлении системой взаимосвязанных процессов в соответствии с поставленной целью.
6. Постоянное улучшение — непрерывное улучшение должно быть постоянной задачей предприятия.
7. Метод принятия решения, основанный на фактах, — решения основываются на анализе постоянно собираемых данных и информации плюс опыт и интуиция.
8. Взаимовыгодные отношения с поставщиками — предприятие и его поставщики взаимосвязаны, и взаимовыгодные отношения увеличивают способность обеих сторон создавать ценности.
Положения стандарта ИСО 9001 пригодны для адаптации и содержат требования, предусматривающие постоянное улучшение качества продукции и предупреждение несоответствий. ИСО 9004 ориентирован на демонстрацию возможностей предприятия обеспечивать качество продукции, соответствующее требованиям потребителя.
На базе международных стандартов разработаны соответствующие национальные стандарты: в России серии ГОСТ Р ИСО 9000-2001, в Украине ДСТУ ISO 9000:2001.
Положения четвертого принципа рассмотрим подробнее. Процессом называют действие (совокупность действий), которыми «входы» (исполнители, сырье, оборудование и т.д.) преобразуются в «выходы» (продукцию, полуфабрикаты, услуги и т.д.). Для нормального функционирования процесс должен иметь полную автономию. Часто «выход» одного процесса является «входом» другого, например при производстве электродов: дробление — измельчение — просев - дозировка — смешивание — приготовление обмазочной массы и т. д. Можно сказать, что принцип процессорного подхода давно используют в электродном производстве в виде взаимосвязанных технологических операций. Преимущество процессорного подхода заключается в непрерывности управления, которое он обеспечивает на стыке отдельных процессов в рамках общей системы.
К разработке заводских систем управления качеством обязательно должно быть привлечено как можно большее количество
388
Рис. 139. Структурная схема контроля качества Сычевского электродного завода
389
сотрудников заводских служб. Формально выстроенная система, практически существующая лишь в виде набора документации, не окажет никакого влияния на фактическое качество электродов.
В качестве примера на рис. 139 показана структурная схема службы качества Сычевского электродного завода [102]. Такая служба, оснащенная современной микропроцессорной техникой, комплектом лабораторных средств высокого уровня (эмиссионным и рентгеновским спектрометрами, приборами оперативного определения углерода, серы, диффузионного водорода в металле), сварочной лабораторией с системой тестирования позволяет оперативно реагировать на возможные отклонения.
В сфере управления качеством электродной продукции к настоящему времени на постсоветском пространстве накоплен обширный опыт [103, 104, 105, 107, 108, 111-124]. Важным элементом системы управления качеством является сертификация продукции.
Сертификация электродов
Для выпуска качественной и безопасной продукции на предприятиях должны строго соблюдать требования нормативно-технической документации в первую очередь ГОСТов. Это известная во всем мире аббревиатура, которую сохранили, в том числе, за вновь вводимыми межгосударственными документами в рамках СНГ. К ней относят национальные государственные стандарты — в России ГОСТ Р, в Украине — ДСТУ, отраслевые стандарты (ОСТ), стандарты предприятий и их объединений (СТП), стандарты научно-технических и инженерных обществ (СТО) и, наконец, технические условия.
В пересматриваемых и обновляемых ГОСТах обязательно регламентируются только требования по безопасности, экологичности и технической совместимости. Все другие показатели, хотя формально и имеют рекомендательный характер, и определяются по договоренности между товаропроизводителями и потребителями, на практике являются основополагающими.
Наиболее применимыми к сварочным электродам на постсоветском пространстве в настоящее время являются следующие системы сертификации:
• ГОСТ Р (добровольная, Россия);
• УкрСЕПРО (обязательная, Украина);
390
• БелСТ (обязательная, Беларусь);
• Российский Морской Регистр Судоходства (обязательная, для морских объектов);
• Российский Речной Регистр (обязательная, для речных объектов); • Ростехнадзор (обязательная, для опасных производств).
В настоящее время введена обязательная сертификация той продукции как отечественного, так и импортного производства, на которую в стандартах или законодательных актах установлены требования по безопасности для жизни, здоровья граждан и охраны окружающей среды. В Украине и Беларуси сертификация сварочных материалов обязательна. В России сварочные электроды не подлежат обязательной сертификации и декларированию соответствия, так как не включены в утвержденные постановлением Госстандарта России от 30 июля 2002 г. № 64 «Номенклатуру продукции и услуг (работ), в отношении которых законодательными актами Российской Федерации предусмотрена их обязательная сертификация» и «Номенклатуру продукции, соответствие которой может быть подтверждено декларацией о соответствии».
Сертификация - процедура, принятая международной практикой и предполагающая выдачу третьей стороной (арбитром) письменной гарантии (сертификата), подтверждающей факт соответствия продукции, технологического процесса, услуги заданным требованиям или установленным стандартом. Наличие данного документа является для потребителя свидетельством соответствия купленного им товара действующим в стране нормативам, независимо от того, кто, когда, где изготовил данное изделие.
Цивилизованный рынок немыслим без сертификации продукции, работ, услуг. К этому правилу работы пришли все развитые страны. Существуют национальные центры сертификации и разработанные системы сертификации. Потребитель вправе требовать от поставщика помимо сертификата качества также и сертификат соответствия какой-либо системе. Процедуре сертификации, занимающей достаточно длительное время, должна предшествовать каждодневная целенаправленная работа всего коллектива по совершенствованию оборудования, технологии, повышению квалификации персонала.
Сертификат соответствия обязывает изготовителя (продавца):
• обеспечивать соответствие реализуемой продукции требованиям нормативных документов, на соответствие которым она была сертифицирована, и маркирование ес знаком соответствия в
391
установленном порядке. Продукция должна соответствовать испытанному образцу и данным испытаний;
• по требованию органа по сертификации предъявлять продукцию и создавать условия для проведения органом по сертификации инспекционного контроля;
• применять знак соответствия по правилам, установленным в системе сертификации;
• приостанавливать (прекращать) применение знака соответствия в случае приостановления (отмены) сертификата соответствия. Сертификат соответствия обязывает изготовителя:
• следить за тем, чтобы изготовление продукции осуществлялось согласно установленным правилам ее производства в соответствии с проверенным образцом, следить за выполнением требований нормативных документов;
• своевременно извещать орган по сертификации, выдавший сертификат соответствия, об изменениях продукции и процесса ее производства.
Одной из общих злободневных проблем как для изготовителей электродов, так и для их потребителей, является идентификация товара для обнаружения и (или) предупреждения фальсификации. Идентификация — установление соответствия продукции (а в ходе производства и полуфабрикатов) указаниям на их маркировке, в сопроводительных документах требованиям соответствующей документации и данным рекламно-информционных материалов. Конечный результат идентификации носит альтернативный характер: выявляется либо соответствие, либо несоответствие продукции этим требованиям. При этом отрицательный результат свидетельствует о фальсификации товара. А фальсификация (от латинского falsificare) — это изменение с корыстной целью качества предмета сбыта в сторону ухудшения при сохранении его внешнего вида.
Понятия идентификации и фальсификации в проблеме качества продукции взаимосвязаны, их актуальность в наше время возросла по следующим причинам:
• неразборчивости в средствах достижения прибыли, характерной для этапа первичного накопления капитала;
• коррумпированности контролирующих органов;
• несовершенства действующих законов, не устанавливающих ответственности за фальсификацию товаров, и слабого их исполнения участниками производства;
392
• недостаточности систем контроля, особенно на малочисленных предприятиях;
• низкого уровня информационного обеспечения как изготовителей, так и продавцов, и потребителей.
Изготовители электродов в своей практической деятельности неоднократно сталкиваются с фальсификацией поставляемых сырьевых материалов и сварочной проволоки (замена сортов и марок, подделка сертификатов качества и происхождения и т. д.). Но и сами изготовители электродов не избегают соблазна поставки из коммерческих соображений фальсифицированных электродов (более дешевых ильменитовых под видом рутиловых, изготовленных на проволоке, не соответствующей ПД и т. д.) [103]. Применительно к электродам, являющимся ответственным видом продукции, от которой зависит надежность и безопасность многих гражданских и промышленных объектов, такая фальсификация недопустима. Тем более, что на предприятиях, не располагающих специалистами высокой квалификации и необходимым набором испытательного оборудования, изменения в известные марки вносят, ориентируясь лишь на внешние признаки электродов, некоторые из сварочнотехнологических свойств.
Фальсификацию не следует путать с понятиями «товары-заменители». Например, электроды с ильменитовым видом покрытия являются полноценной продукцией [104], но на их маркировке, в сертификатах, товарно-сопроводительных и информационных документах должно быть указано их подлинное наименование, а цена соответствовать качеству и происхождению электродов.
До выполнения работ по сертификации целесообразно проведение технологического аудита приглашенным квалифицированным специалистом. Технологический аудит — это обследование производственных мощностей предприятия и существующих технологических решений с целью выработки оптимальных по технико-экономическим показателям технологических решений по техническому заданию заказчика. При этом знания и опыт аудитора — высококвалифицированного специалиста, способного к независимой оценке, сочетаются с опытом работы и знанием особенностей конкретного производства заводских технологов. Аудитор способен оценить технологический уровень данного производства в сравнении с конкурентами.
Именно технологический аудит позволяет решить одну из основных проблем заводских технологов — недостаток аргументации для руководителей, обосновывающей необходимость тех или иных
393
новшеств. Современный руководитель производства часто не имеет собственного технологического опыта, а потому испытывает сомнения (часто необоснованные) в правильности предлагаемых специалистами решений, а заводской технолог — достаточных знаний экономики и потребительского рынка, авторитета. Сочетая эти знания аудитор-технолог адресует свое заключение не только руководителям предприятия, но и владельцам и инвесторам.
В результате проведенного аудита руководство предприятия получает технологически обоснованные экономические оценки и прогнозы эффективности инвестиций. А владелец, инвестор - информацию для осмысленного вложения средств. Иногда проведенный аудит помогает победить естественный консерватизм технолога и показать менеджеру необходимость проведения реорганизации (модернизации) производства. Основная задача технолога — обеспечение работоспособности технологического процесса. Следовательно, он может и в определенной мере должен противиться любым изменениям в нем. Технолог не хочет менять отлаженную технологию, но, безусловно, хочет заменить устаревшее оборудование. Но при старой технологии это часто несет только увеличение себестоимости и снижение конкурентоспособности. А конечная задача технологического аудита — именно создание рыночных преимуществ продукции предприятия-заказчика с помощью повышения эффективности ее производства.
Организация контроля
Качество выпускаемых электродов определяется сглаженностью системы управления качеством, оснащенностью контрольных лабораторий и квалификацией персонала. Основой обеспечения высокого качества как готовой продукции, так и полуфабрикатов, является неуклонное соблюдение технологической и трудовой дисциплины. Под технологической дисциплиной подразумевают точное соблюдение требований действующей технической и технологической документации: стандартов предприятия, технологических инструкций, операционных карт, государственных и отраслевых стандартов и пр. Система оплаты труда должна стимулировать выпуск продукции только высокого качества.
Контрольные функции осуществляет, как правило, аппарат службы технического контроля и технологической службы. Приме
394
няют различные виды контроля качества сырья, материалов, полуфабрикатов, готовой продукции. Результаты всех видов контроля необходимо регистрировать в специальных журналах, в электронном виде. Такой порядок позволяет не только фиксировать накопленный опыт и быстро устанавливать причины выявленных отклонений каких-либо параметров качества, но и по результатам статистической обработки полученных данных вносить коррективы в технологию.
Важнейший элемент системы обеспечения качества выпускаемых электродов — использование стабильных сырьевых материалов, так как возможности их доработки у изготовителей электродов минимальны. Качество, своевременность и регулярность поставок существенно влияют на эффективность производства, характеристики и степень конкурентоспособности электродов. Согласно методологии стандартов ИСО 9000, сварка относится к «специальным процессам», поскольку ее результаты не могут быть полностью подтверждены последующим контролем качества (несоответствия могут быть обнаружены и после сдачи сваренного объекта в эксплуатацию).
К таким процессам относится и большинство операций электродного производства: при создании штучной продукции (электродов) проверку свойств производят выборочно. «Специальные процессы» должны выполняться только при наличии определенных условий, важнейшим из которых для производства электродов является компетентный выбор поставщиков компонентов электродных покрытий, электродной сварочной проволоки, упаковочных материалов. Такой выбор предшествует входному контролю 1105]. Оценку и выбор поставщиков производят на основе соответствующей информации (табл. 77).
Следует учесть, что оценка потенциального поставщика, выполненная до заключения контракта на поставку, должна быть подтверждена последующим опытом работы с ним, в том числе анализом обработки данных входного контроля. По результатам статистических данных разрабатывают и ежегодно пересматривают обязательный так называемый «перечень квалифицированных поставщиков».
Входной контроль каждой новой партии сырья и материалов, поступающих на предприятие, осуществляет служба технического контроля. Проверяют соответствие оформления и содержания сопроводительного сертификата качества, упаковки, маркировки, со-
395
Таблица 77. Оценка и выбор поставщиков
Критерий выбора поставщика Состав информации
Качество продукции Показатели качества материалов различных поставщиков. Результаты испытаний образцов продукции и опытно-промышленной апробации. Наличие внедренной системы управления качеством. Наличие и состав сертификатов классификационных обществ
Стоимость продукции и условия оплаты Цена материалов различных поставщиков. Условия оплаты: предоплата, размер скидок при предоплате, размер скидок в зависимости от объемов заказа, оплата по факту поставки, оплата с отсрочкой
Условия поставки Наличие посредников. Возможные объемы поставки в требуемые сроки. Вид и норма отгрузки (повагонная, контейнерная и т. д.). Вид транспорта (железнодорожный, автомобильный, авиационный, водный). Дальность транспортировки. Ориентировочные транспортные расходы. Способность (при необходимости) к оформлению таможенных процедур
Срок поставки Промежуток между датами выдачи и получения заказа
Обязательность (точность) поставки Оценка соблюдения обязательств по срокам поставки
Готовность к поставке Согласованность и подтверждение срока выполнения заказа поставщиком в соответствии с заявкой
Информационная готовность Готовность предприятия выдать всю запрашиваемую информацию, в т. ч. сертификатные данные, относительно поставляемых им материалов. Наличие, полнота и грамотность каталожно-рекламных материалов
Гибкость Готовность предприятия выполнить вносимые заказчиком изменения в ранее оформленный заказ
Санитарно-гигиенические показатели продукции Наличие санитарно-гигиенических сертификатов
Репутация поставщика Давность работы на рынке данных материалов. Рабочие отзывы коллег. Квалификация персонала постав!цика
396
стояния поставки, выполняют визуальный осмотр, контрольный химический анализ. Перечень показателей для входного контроля устанавливают соответствующим заводским документом, а методы проведения входного контроля принимают обычно по нормам документации на данный материал.
При приемке материалов, идущих на изготовление электродов, необходимо пользоваться не потерявшей своей силы «Инструкцией о порядке приемки продукции производственно-технического назначения и товаров народного потребления по качеству» № П-7 Госарбитража СССР [106], основные положения которой приведены ниже:
1. Приемку продукции по качеству и комплектности производят на складе получателя в следующие сроки: при иногородней поставке — не позднее 20 дней после поступления ее на склад получателя; при одногородней поставке — не позднее 10 дней после поступления продукции на склад получателя.
2. Акт о скрытых недостатках продукции должен быть составлен в течение 5 дней по обнаружении недостатков, но не позднее 4 мес. со дня поступления продукции на склад получателя.
Скрытыми недостатками признают такие, которые не могли быть обнаружены при обычной для данного вида продукции проверке и выявлены лишь в процессе обработки, испытания, использования и хранения продукции.
3. Приемку производят в точном соответствии со стандартами и техническими условиями по сопроводительным документам, удостоверяющим качество и комплектность поставляемой продукции (технический паспорт, сертификат, удостоверение о качестве и т. п.). Отсутствие сопроводительных документов или некоторых из них не приостанавливает приемку продукции. В этом случае составляют акт о фактическом качестве и комплектности с указанием отсутствующих документов.
4. При обнаружении несоответствий получатель приостанавливает дальнейшую приемку продукции, составляет акт с указанием характера выявленных при приемке дефектов и вызывает представителя изготовителя (отправителя) для участия в продолжении приемки и составления двустороннего акта. Уведомление о вызове представителя должно быть направлено ему оперативной связью не позднее 24 ч после обнаружения несоответствия качества.
5. При участии в приемке представителя общественности ему выдается соответствующим образом оформленное удостоверение.
397
6. Во всех случаях отбора проб, предусмотренных документацией на продукцию, одна проба остается у получателя, вторую направляют изготовителю (отправителю) продукции, третью (если это предусмотрено стандартами, техническими условиями) — в компетентную организацию на испытания.
7. По результатам приемки продукции по качеству и комплектности с участием представителя в день ее окончания составляют акт о фактическом качестве и комплектности полученной продукции. Утверждение акта руководством предприятия-получателя производят не позднее трехдневного срока после его составления.
8. Претензию, вытекающую из поставки несоответствующей продукции, предъявляют изготовителю (отправителю, поставщику) с приложением акта и других документов. Материалы, забракованные при входном контроле, помечают как брак и помещают в изолятор брака до принятия решения в отношении них.
Материалы, поставляемые заказчиком, также должны быть проконтролированы. При обнаружении дефектов заказчика немедленно ставят в известность для принятия решения о дальнейшем использовании материала.
Текущий контроль осуществляют ежедневно на каждой технологической операции. Такой контроль проводят во время выполнения или после завершения определенной операции. В его проведении участвуют также рабочие, выполняющие данные операции, и производственные мастера.
Операционный контроль включает проверку состояния и режима работы оборудования, оснащенности и состояния контрольноизмерительной аппаратуры и инструмента, качества материалов и полуфабрикатов, последовательности и режимов операций. Операционный контроль должен определить соответствие получаемого продукта заданным параметрам. В противном случае невыявлен-ные отклонения могут увеличиваться на последующих операциях технологического цикла или вообще быть лимитирующими для показателей качества самих электродов.
Приемо-сдаточный контроль по параметрам, нормируемым документацией на электроды конкретных марок, осуществляет служба технического контроля. Положительно зарекомендовал себя также опыт проведения дополнительных проверок: планово-периодических, сквозных и внеплановых.
Как уже отмечалось, важное место в системе контроля имеет оснащенность и правильная организация лабораторных служб.
398
Мировой опыт свидетельствует, что технология изготовления электродов (особенно специального назначения) носит во многом исследовательско-производственный характер. Функции исследовательско-контрольного центра выполняют, в зависимости от структуры предприятия, общезаводские или цеховые лаборатории. В их составе желательно иметь отделения (лаборатории): электродное, сварочное, химического и спектрального анализа, механических испытаний, газового анализа, специальных методов контроля и др.
Электродную лабораторию необходимо оснастить лабораторным электродообмазочным прессом для изготовления опытных и пробных партий электродов при проведении эталонного контроля, а также всем другим лабораторным оборудованием электродного производства (смесителями сухой шихты и влажной обмазочной массы, мельницей для размола компонентов, автоклавом для разварки жидкого стекла, печами и термостатами и пр.). Кроме того, необходимы приборы для ситового анализа, определения пластических свойств, прочности обмазочной массы и ряд других. Такую лабораторию оснащают вискозиметрами и ареометрами для замера характеристик жидкого стекла, она должна иметь технические возможности определения влажности, прочности и коэффициента массы покрытия, а также располагать набором эталонных материалов (компонентов и проволок).
Оснащенность других лабораторий определяет номенклатура выпускаемых электродов.
Важнейшими функциями лабораторий в системе управления качеством электродного производства является проведение профилактических исследовательских работ для выявления и устранения возможных причин появления брака, анализ статистических данных по качеству электродов. При освоении новых марок электродов лаборатории проводят всю необходимую подготовительную работу и работу по технической подготовке производства, а также совместно с цеховыми службами непосредственное внедрение в цеховых условиях.
Контроль качества готовых электродов
Для проверки соответствия электродов предъявляемым требованиям предприятие-изготовитель проводит их приемо-сдаточные испытания. Отметим, что такие испытания могут только фиксировать
399
свойства уже готовой продукции. Выявленный брак является практически окончательным, во многих случаях — неустранимым. Поэтому основное внимание должно быть уделено технологическому и пооперационному контролю на всех стадиях изготовления электродов.
Приемо-сдаточные испытания электродов производят по партиям. Каждая партия состоит из электродов одной марки, одного диаметра. Все входящие в партию электроды должны быть изготовлены по одному технологическому процессу, па однотипном оборудовании, с использованием стержней из проволоки одной марки, с постоянной рецептурой и количеством покрытия из компонентов одних и тех же марок и партий. Партия электродов со стержнями из легированной или высоколегированной проволоки должна быть изготовлена с использованием проволоки одной партии. Каждая партия проволоки должна состоять из проволоки одной марки, одной плавки, одного диаметра, одного назначения и одного вида поверхности. Для ряда марок электродов документация при этом допускает использование стержней из проволоки нескольких партий, близких по химическому составу металла. В таких случаях партию образует проволока одной марки и одного диаметра, одного назначения и одного вида поверхности.
Предприятие-изготовитель должно проводить приемо-сдаточные испытания каждой партии электродов. При этом проверяют соответствие электродов требованиям ГОСТ 9466-75 по разности толщины покрытия и сварочно-технологическим свойствам, а также требованиям стандарта или технических условий на электроды конкретной марки в части химического состава и характеристик наплавленного металла, металла шва или сварного соединения.
Необходимость проверки электродов на соответствие другим требованиям ГОСТ 9466-75 (по размерам электродов, качеству и прочности покрытия), а также на содержание влаги в покрытии и значение коэффициента массы покрытия устанавливается стандартом или техническими условиями на электроды конкретной марки. Однако изготовитель должен обеспечить соответствие электродов установленным требованиям, в том числе по коэффициенту наплавки aH = GH/l-t, где GH — масса наплавленного металла, г; I — сила сварочного тока, A; t — время сварки, ч.
Коэффициент наплавки характеризует удельную производительность процесса наплавки.
Предельные массы партии электродов в зависимости от их назначения и диаметра приведены в тпабл. 78. Для электродов с кис-
400
Таблица 78. Масса партии электродов
Назначение электродов Диаметр электродов, мм Масса партии электродов, т
Сварка углеродистых, низколегированных и легированных конструкционных сталей Менее 3,25 10
3,25 и более 20
Сварка легированных теплоустойчивых сталей Менее 3,25 5
3,25 и более 10
Сварка высоколегированных сталей с особыми свойствами, наплавка поверх-ностных слоев с особыми свойствами Менее 3,25 3
3,25 и более 5
лым, целлюлозным, рутиловым, ильменитовым покрытием возможно увеличение массы партии до двух раз, согласованное с потребителем.
Для проверки соответствия электродов требованиям по их размерам, а также по состоянию поверхности покрытия из разных упаковочных мест партии отбирают определенное количество электродов. Кроме того, отбирают электроды для проверки прочности покрытия, равномерности его нанесения на стержни, сварочно-технологических свойств электродов. При положительных результатах проверки годные электроды используют для контроля химического состава наплавленного металла, механических свойств металла шва, содержания ферритной фазы в наплавленном металле, твердости наплавленного металла и других специальных свойств и характеристик наплавленного металла, металла шва или сварного соединения.
При получении неудовлетворительных результатов производят повторную проверку на удвоенном количестве электродов, отобранных от той же партии. Повторную проверку механических свойств металла шва, химического состава и твердости наплавленного металла, других специальных свойств также производят на удвоенном количестве образцов. Результаты повторной проверки являются окончательными и распространяются на всю партию.
Контроль общих технических требований к электродам. Вне зависимости от назначения все электроды контролируют на соответствие общим техническим требованиям. Нормы установлены ГОСТ 9466- 75 и/или техническими условиями на электроды конкретных марок.
26 - 9-423
401
Количество электродов, отобранных для проверки их размеров, а также состояния поверхности покрытия, составляет от 10 до 200 шт. Отбор производят из разных упаковочных мест, но не менее чем из десяти, или на выходе из прокалочной печи (не менее десяти отборов с конвейера через равные промежутки времени или из разных тележек). Отобранные электроды осматривают без применения увеличительных приборов и проводят требуемые замеры.
С погрешностью не более 1 мм измеряют длину электрода, длину зачищенного от покрытия конца и его суммарную длину с участком перехода. С такой же точностью определяют протяженность вмятин, трещин и участков сетчатого растрескивания на поверхности покрытия. Протяженность оголенности стержня, глубину вмятин, задиров и размеры пор на поверхности покрытия измеряют с погрешностью 0,1 мм. При этом размеры электродов должны соответствовать нормам, приведенным ранее в табл. 2, а длина участка перехода не должна превышать 20 мм. Допуски по поверхностным дефектам не должны превышать установленных норм (см. табл. 3).
Следует иметь в виду, что регламентированы минимальные требования к внешнему виду и качеству поверхности покрытия. Лучшие отечественные и зарубежные изготовители поставляют электроды практически без внешних дефектов, и именно с такими электродами должна успешно конкурировать выпускаемая продукция.
Контактный торец электрода должен быть свободен от покрытия, что обеспечивает при сварке необходимый контакт и нормальное возбуждение дуги. При этом лучше, если покрытие у контактного торца зачищено на конус (угол конусности не регламентирован), хотя возможна округлая или переходная между конусной и округлой форма зачистки.
Для проверки разности толщины покрытия в диаметрально противоположных участках электрода из разных мест партии отбирают от 10 до 50 электродов.
Как уже отмечалось, разность толщин покрытия электрода в диаметрально противоположных участках является важнейшей характеристикой точности изготовления электродов. Эта разнотолщин-ность (эксцентричность) не должна превышать значений, указанных в табл. 4. Однако для сварочных электродов с особо толстым покрытием, предназначенных обычно для сварки только в нижнем положении, когда технически приемлемо применение электродов с большей эксцентричностью покрытия, нормы по разнотолщинности нормируют в стандарте или технических условиях на конкретную марку.
402
Рис. 140. Схема замера разно-тполщииности электродного покрытия: 1 — покрытие электрода;
2 — стержень
Согласно требованиям ГОСТ 9466-75, разность толщины покрытия определяют в трех местах электрода, смещенных относительно друг друга на 50-100 мм по длине и на 120° по окружности. Измерения в каждом месте производят в двух противоположных участках микрометром (рис. 140) с точностью замера 0,01 мм. Величину эксцентриситета вычисляют по формуле
e=S S],
где е разнотолщинность покрытия, мм; 5 и — толщины покрытия в диаметрально противоположных участках электрода, мм.
Однако такая проверка разности толщин трудоемка, а проконтролированный электрод непригоден к использованию по назначению. Поэтому стандарт допускает производить замеры другими методами и специальными приборами, обеспечивающими требуемую точность измерений. При этом эффективно применение приборов неразрушающего контроля. В отечественной практике наиболее распространены электромагнитные приборы типа ЭЦО-843М со стрелочной индикацией. Эти приборы несложны при эксплуатации в цеховых условиях, но применимы только для электродов диаметром не менее 3,0 мм, не обеспечивают требуемую точность измерений, непригодны для проверки высоколегированных электродов.
На ряде заводов успешно используют приборы типа КРП-12, внешний вид которого показан карие. 141. Прибор позволяет контролировать равномерность нанесения покрытия на стержни из любого металла (как магнитного, так и немагнитного) благодаря датчику, работающему по методу использования вихревых токов.
Датчик прибора представляет собой катушку индуктивности. Протекающий через катушку ток высокой частоты генерирует вокруг нее электромагнитное поле. Это поле наводит в металле электродного стержня вихревые токи, которые образуют свое электро-
26“
403
Рис. 141. Внешний вид прибора КРП-12 для неразрушающего контроля разнотолщинности: 1 — цифровой индикатор; 2 — индикаторная головка (микрометр); 3 — винт калибровки; 4 — кнопка калибровки; 5— узел первичного преобразователя; 6 и 8— седла; 7 — опорная стойка
магнитное поле. Первичное и наведенное поля взаимодействуют. Вращая электрод, установленный на опорах прибора, одна из которых является датчиком, контролер изменяет расстояние между датчиком и стержнем. Степень этого изменения зависит от разнотолщинности покрытия в контролируемом сечении. Соответственно изменяется взаимодействие первичного и наведенного электромагнитных полей, регистрируемое прибором. Шкала прибора показывает разнотолщинность покрытия в микрометрах.
Такой прибор прост и достаточно надежен в работе, он пригоден для контроля как сырых электродов на стадии опрессовки, так и термообработанных электродов диаметром 2-6 мм. Максимальное значение замеряемой разнотолщинности 600 мкм, толщины контролируемого покрытия (d/3)+l, где d — диаметр электрода. Прибор может быть использован при питании от сети переменного тока напряжением 220 и 36 В или автономно от батареек. Время непрерывной работы прибора при питании от сети составляет до 8 ч.
404
В ряде случаев электроды имеют неодинаковую разнотолщинность по длине, причем она может перемещаться по окружности электрода. При сварке это проявляется в периодическом появлении, по мере плавления электрода, одностороннего чехла («козырька»), размер которого и/или месторасположение по окружности электрода постоянно меняются. В процессе сварки электроды с изменяющимся эксцентриситетом доставляют наибольшие затруднения для получения качественного шва, так как сварщик не может к ним приспособиться. Квалифицированному сварщику легче приноровиться к «козырьку» какого-то постоянного размера и месторасположения. Такая разнотолщинность может быть связана с низкой пластичностью обмазочной массы, неудовлетворительной правкой стержней (наличием «волнистости») при рубке, неквалифицированной наладкой и обслуживанием электродообмазочного пресса.
Стандартизированный метод замера разнотолщинности, фактически дающий усредненный по трем сечениям показатель для единичного электрода, не позволяет правильно оценить фактическое качество таких электродов. Поэтому наряду с обязательными испытаниями по методике, предписанной стандартом, целесообразна оценка так называемого интегрального показателя разнотолщинности [107. 108]:
~ епйп)/И’
пМ
где Деср - интегральный показатель разнотолщинности, мм; емах — максимальная разнотолщинность в пределах одного электрода; eMin — то же, минимальная; п — число электродов в выборке.
Приемлемое значение Деср не является абсолютной величиной, его устанавливают внутризаводской документацией в зависимости от диаметра электрода, вида и толщины покрытия, состава стержня и пр.
Важным показателем качества электродов является прочность покрытия. Ведь прежде, чем попасть к сварщику, готовый электрод проходит ряд технологических операций, а также перевалок при хранении и транспортировке. При закреплении в электрододержа-тель сварщик прикладывает к электроду определенное усилие. При недостаточной прочности покрытие опадет. Для проведения испытаний от партии отбирают от 5 до 25 электродов.
При проверке прочности электродного покрытия многое зависит от правильности падения электрода на плиту. Если электрод упадет не плашмя, резко возрастут ударные нагрузки в месте соуда-
405
Рис. 142.
Внешний вид штатива для определения прочности покрытия: 1 — откидывающаяся крышка;
2 — неподвижные опоры для электродов;
3 — стойка;
4 — электрод;
5 — основание-плита
рения. Произойдет разрушение покрытия. Поэтому целесообразно при проверке использовать простейшее приспособление — штатив (рис. 142). Наличие околов устанавливают внешним осмотром, их протяженность замеряют с погрешностью 1 мм.
Электрод является штучной продукцией. В одном килограмме диаметром 2 мм, например, более 100 шт. электродов. На отдельных электродах возможны дефекты, выходящие за рамки требований стандарта, но не препятствующие применению данной партии электродов. Поэтому на отдельных электродах допускают отклонения по нормам дефектов. Суммарное количество таких электродов не должно превышать 10% общего числа электродов, входящих в партию. Допускаемые расширенные нормы по видам дефектов и отклонений приведены в скобках в табл. 2, 3, 4. Однако в современных условиях вряд ли значительное число потребителей будет использовать продукцию завода, выпускающего электроды такого уровня качества.
Для определения содержания влаги в покрытии из разных пачек или коробок отбирают от 5 до 25 электродов от партии. Само определение производят доведением снятого с каждого контроли
406
руемого электрода покрытия до постоянной массы при следующих температурах: 400±10°С — для основного покрытия; 180+10 °C — для кислого и рутилового; 110+5 °C — для целлюлозного.
Для прочих и сметанных видов покрытия, а также для кислого и рутилового покрытий, содержащих целлюлозу, температуру принимают в соответствии с указаниями стандарта или технических условий на электроды контролируемой марки.
Содержание влаги в покрытии Вп в процентах вычисляют с погрешностью 0,1% по формуле
где т{ — исходная масса покрытия, г; т2 — постоянная масса покрытия, г. Массу определяют взвешиванием с погрешностью 0,01 г.
Допускается определение содержания влаги в покрытии другими методами, обеспечивающими требуемую точность.
При получении неудовлетворительных результатов допускаются новые испытания после повторной прокалки всех электродов контролируемой партии.
Для проверки коэффициента массы покрытия также из разных пачек или коробок отбирают от 5 до 25 электродов. Коэффициент массы покрытия Кп в процентах вычисляют с погрешностью 0,1% по формуле
где rri\ — масса покрытой части электрода; т2 — масса стержня этой же части электрода.
Массу определяют взвешиванием с погрешностью 0.1 г.
Коэффициент массы покрытия, характеризующий соотношение между количеством покрытия и электродного металла, участвующими в процессе расплавления электрода, является как технологической, так и металлургической характеристикой. Именно он может лимитировать технологичность электродов как при изготовлении, так и при сварке.
Методика оперативного контроля Кл была описана в гл. 10.
Контроль сварочно-технологических свойств электродов. Эти свойства электродов контролирую! для партий, выдержавших проверку в части геометрических размеров, состояния поверхности, разнотолщинности и прочности покрытия. Отбор электродов производят в количестве, необходимом для выполнения предусмотренных проб.
407
Рис. 143. Сварной тавровый образец. 1 — контрольный сварной шов;
2 — сварной шов, обеспечивающий жесткость
При проверке свойств сварочных элекфодов выполняют один односторонний и один двусторонний сварные тавровые образцы, форма и размеры которых должны соответствовать рис. 143 и табл. 79.
Шов 1, обеспечивающий требуемую жесткость образца, выполняют только на двустороннем тавровом образце. Выполнение двустороннего таврового образца не является обязательным, если это оговорено в технической документации на электроды конкретной марки, или если предусмотрена более жесткая проба.
Для изготовления сварных образцов применяют пластины из стали марки ВСтЗсп по ГОСТ 380-2005 при проверке электродов для сварки только углеродистых консфукционных сталей. В других случаях используют пластины из стали, для сварки которой
Таблица 79. Размеры сварных тавровых образцов, мм
Диаметр проверяемых электродов Толщина пластин b Катет шва К
1,6-2,0 3-5 2-3
2,5; 3,0; 3,15 (3,25) 6-10 4-5
4,0 10-16 6-8
5,0; 6,0 14-20 8-10
8.0 20-25 10-12
408
Таблица 80. Размеры отрезков труб для стыкового образца, мм
Диаметр проверяемых электродов Наружный диаметр трубы Толщина стенки трубыS Минимальная длина каждого из свариваемых отрезков труб
До 2,5 32-42 3,5-5,0 100
Более 2,5 108-133 8,0-10,0 120
предназначены контролируемые электроды. Допускается их замена на пластины из сталей, близких по структуре металла. В таких случаях в местах наложения сварных швов и на примыкающих к ним участках шириной не менее 25 мм производят предварительную наплавку не менее чем в три слоя контролируемыми электродами. Затем наплавленные поверхности механически обрабатывают для обеспечения сборки образца без зазоров. Зазоры могут служить причиной пор и трещин.
В специальных случаях вместо таврового образца выполняют трубный сварной стыковой образец, используя отрезки труб из стали марки 20 по ГОСТ 1050-88 (табл. 80).
Для трубных сварных стыковых образцов конструктивные элементы подготовки кромок под сварку должны соответствовать приведенным на рис. 144, а, а выполненных швов - на рис. 144, б.
При S = 3,5...5,0 мм
При S = 8,0...10,0 мм
Рис. 144. Конструктивные элементы подготовки кромок под сварку (а) и выполненных швов (б) для трубных сварных стыковых образцов
409
При проверке наплавочных электродов выполняют один четырехсложный наплавочный образец. Для электродов с твердостью наплавленного металла более 42 НИСЭ обычно выполняют двухтрехслойную наплавку. Используют пластины из стали марки ВСтЗсп номинальным размером 120x100x20 мм.
Сварку и наплавку образцов производят с соблюдением режимов и условий, установленных стандартом или техническими условиями на электроды контролируемой марки. Температура окружающего воздуха не ниже плюс 5 °C. Используют следующие пространственные положения:
• указанные в технологическом регламенте или технических условиях — при выполнении односторонних сварных тавровых образцов;
• «нижнее в лодочку» — при выполнении двусторонних сварных тавровых образцов;
• неповоротное положение при горизонтальном расположении оси образца — при выполнении трубных сварных стыковых образцов;
• нижнее — при выполнении наплавочных образцов.
Сварку угловых швов тавровых образцов производят за один проход. При выполнении двусторонних сварных тавровых образцов оба угловых шва выполняют в одном направлении, не допуская охлаждения образцов. Сварку контрольного шва производят после выполнения шва, обеспечивающего жесткость образца.
Легкость возбуждения и стабильность горения дуги, равномерность плавления электродов и правильность формирования валиков шва или наплавляемой поверхности, а также легкость удаления шлака контролируют в процессе сварки или наплавки образцов. Следует учитывать, что эти оценки являются достаточно субъективными.
Контроль сварных соединений или наплавленных поверхностей образцов на отсутствие поверхностных трещин, надрывов и пор производят внешним осмотром. Осмотр следует производить по всей протяженности швов и по всей площади наплавленных поверхностей после тщательного удаления шлака, брызг расплавленного металла и других загрязнений.
Для проверки сплошности углового шва его разрушают под прессом растягивающим усилием. Для обеспечения разрушения образца по шву можно выполнить фрезерованием продольный надрез. На ряде предприятий успешно используют поверхностную воздушно-дуговую строжку образцов. Поверхности излома по всей длине площади осматривают, фиксируя и замеряя дефекты.
410
Возможно применение неразрушающего контроля просвечиванием проникающими излучениями по ГОСТ 7512-82.
Для контроля шва двустороннего таврового образца на отсутствие трещин исследуют три поперечных микрошлифа. Их вырезают из середины и концов контролируемого шва вне зоны расположения кратеров.
Проверку сплошности стыкового шва трубного сварного образца с оценкой допустимости размеров и количества внутренних газовых и шлаковых включений производят просвечиванием проникающими излучениями по ГОСТ 7512-82 или при послойной проточке шва (по диаметру или с торца) осмотром поверхности каждого слоя через лупу пятикратного увеличения и измерением размеров выявленных включений. Толщина каждого снимаемого при проточке слоя должна быть равной половине максимально допустимого (см. табл. 5) размера включения. Параметры шероховатости подлежащих осмотру поверхностей не должны превышать Rz=40 мкм по ГОСТ 2789- 73. Одно и то же включение, выявляемое более чем на двух поверхностях, является недопустимым.
Проверку сплошности шва трубного образца допускается производить при поперечной разрезке образца по оси шва с последующим осмотром поверхностей реза по всей площади с помощью лупы пятикратного увеличения. Ширина реза не должна превышать диаметра контролируемых электродов и не должна быть более 3 мм, а параметры шероховатости поверхностей реза не должны быть более Rz=40 мкм по ГОСТ 2789-73.
Проверку сплошности наплавленного металла на наплавочных образцах производят осмотром поверхности наплавки. Предварительно поверхностный слой снимают механическим способом на глубину 1,5- 3,0 мм. Для металла с твердостью свыше 42 HRC3 вместо снятия производят шлифовку поверхности.
Контролируемые поверхности во всех случаях осматривают с помощью лупы пятикратного увеличения. Достоверность контроля сварочно-технологических свойств электродов, когда использованы качественные методы оценки, в значительной степени зависит от квалификации, опыта и добросовестности работников службы контроля.
Контроль химического состава наплавленного металла и механических свойств металла шва. Для проверки химического состава наплавленного металла выполняют восьмислойную наплавку. Для наплавочных электродов высокой твердости (более 42 HRC3) вы
411
полняют пятислойную наплавку. Используют пластины номинальным размером 120x80x20 мм. Для электродов диаметром 1,6 4 мм толщина пластин может быть уменьшена до четырехкратной от диаметра электрода.
Пробы для химического анализа отбирают из трех верхних слоев восьмислойной или из двух верхних слоев пятислойпой наплавки. При отборе проб из низлежащих слоев состав наплавленного металла будет отличен от истинного за счет разбавления основным металлом. Отбор проб осуществляют механическими методами (строжкой, фрезерованием, сверлением). Отобранная стружка не должна иметь загрязнений и посторонних включений (например шлака). Стружка должна быть достаточно мелкой, что необходимо для получения достоверных результатов анализа.
Для металла высокой твердости перед отбором пробы производят разупрочняющую термическую обработку. Если такая термообработка не дает снижения твердости, достаточного для отбора стружки, то применяют качественный спектральный анализ. Его проводят для подтверждения марочного состава наплавленного металла. Проверяют наличие, отсутствие или ориентировочное содержание определяющих легирующих элементов, например, для электродов марки Т-590 бора, хрома, марганца и кремния. При этом изготовитель должен обеспечить соответствие химического состава наплавленного контролируемыми электродами металла требованиям нормативных документов.
Количественный спектральный анализ применяют для металла, наплавленного электродами различного назначения, во всех случаях проводя его на верхних слоях наплавок. Нашли распространение методики оперативного рентгеноспектрального анализа, основанные на использовании многоканальных спектрометров, например типа СРМ-20М, СРМ-25 и других, описанные в гл. 9.
Методики проведения химического и спектрального анализов наплавленного металла устанавливают соответствующие стандарты или другая документация с аналогичными требованиями по точности определения.
Газовый состав наплавленного металла контролируют, используя специальные методики. Применяют методы химического анализа или вакуум-плавления при высоких температурах на газоанализаторах различных конструкций. В качестве приемо-сдаточной характеристики газовый состав наплавленного металла встречается только для некоторых марок электродов.
412
Таблица 81. Размер пластин при проверке механических свойств металла шва, мм
Диаметр проверяемых электродов Длина Ширина (пред, откл. ±10 мм) Толщина
Менее 4,0 330±10 80
4,0 100
5,0 120 20±1 (вариант А)
6,0
8,0 150 14-18 (вариант Б)
Нормы химического состава наплавленного металла или содержания вредных примесей для стандартных типов электродов были представлены в табл. 6-9, для других электродов их устанавливают соответствующей документацией.
Проверка механических свойств металла шва является одним из самых распространенных видов испытаний. Контролируемыми электродами, предназначенными для сварки сталей, выполняют стыковое сварное соединение двух стальных пластин, размеры каждой из которых представлены в табл. 81.
Возможно применение двух вариантов сборки пластин: А и Б (рис. 145). На практике наиболее распространен вариант Б. Вари
Вариант А
Вариант А
Рис. 145. Конструктивные элементы подготовки кромок под сварку (а) и выполненных швов (б) при проверке механических свойств
413
ант А применяют обычно для электродов диаметром 6 и 8 мм. В варианте А снизу пластин предварительно приваривают стальную подкладку сечением 30x10 мм. Вариант Б выполняют с подваркой корня шва.
Возможно выполнение отдельных стыковых сварных соединений для проверки металла шва на ударный изгиб с соответствующим уменьшением длины свариваемых пластин.
При проверке электродов для сварки конструкционных сталей пластины и подкладка должны быть из стали марки ВСтЗсп по ГОСТ 380-2005. При проверке электродов для сварки низколегированных, легированных и высоколегированных сталей пластины и подкладка должны быть из стали, для сварки которой предназначены электроды контролируемой марки.
Если электроды предназначены для сварки низколегированных, легированных или высоколегированных сталей нескольких марок или для сварки стали, из которой листовой прокат не изготавливается, марка стали пластин и подкладки должна соответствовать указанной в стандарте или технических условиях на электроды контролируемой марки.
Допускается замена пластин и подкладок из низколегированных и легированных сталей пластинами и подкладками из стали марки ВСтЗсп по ГОСТ 380-2005 и пластин и подкладок из высоколегированных сталей пластинами и подкладками из других сталей того же структурного класса при условии предварительной наплавки контролируемыми электродами подлежащих сварке кромок пластин и поверхности подкладки. Наплавку следует выполнять не менее чем в три слоя до сборки соединения. Наплавленные кромки и поверхность подкладки должны быть подвергнуты механической обработке, после Которой толщина наплавленного слоя должна составлять не менее 2,5 диаметра контролируемых электродов. Для снижения трудоемкости работ при контроле электродов малого диаметра возможно применение для наплавки электродов той же марки большего диаметра.
Заложенное в стандарте требование облицовки (предварительной наплавки) кромок при использовании пластин и подкладок иного химического состава обусловлено техническими причинами. Состав металла сварного шва формируется в результате смешивания металла, образованного при расплавлении электрода (наплавленного металла) и свариваемого (основного) металла. Доля основного металла в шве (или металла предыдущего слоя — в последую-
414
Таблица 82. Степень разбавления основным металлом, %
Число слоев Доля участия предыдущего слоя
0,3 0,4 0,5
1 30 40 50
2 9,0 16,0 25,0
3 2,7 6,4 12,5
4 0,81 2,56 6,25
5 0,24 1,02 3,12
6 0,07 0,4 1,56
7 — 0,16 0,78
8 — 0,06 0,39
щем) зависит от режима сварки, диаметра электрода, вида электродного покрытия, формы разделки кромок и т. д. Экспериментально установлено, что при наплавке на кромки пластин высоколегированными электродами аустенитного класса диаметром 4 мм с применением медных формирующих планок доля металла предыдущего слоя составляет 0,3-0,4. (В зависимости от теплофизических свойств стали этот диапазон может быть шире). Тогда разбавление будет выражено расчетными цифрами (табл. 82).
Из приведенных в таблице данных видно, что наплавка в два слоя недостаточна для сглаживания разницы между высоколегированным электродным металлом и, например, сталью СтЗ, используемой для испытаний электродов общего назначения. При доле участия предыдущего слоя 0,4 для электродов, содержащих 19% Ст, металл второго слоя будет содержать только 15,96% Сг, что недопустимо. Согласно вышеприведенным расчетным данным и экспериментальным кривым (рис. 146) [109], разбавление не более 3%, которое можно считать приемлемым при проведении испытаний механических свойств, получают с достаточной точностью, начиная только с четвертого слоя. При контроле химического состава наплавленного металла, где степень разбавления должна быть соизмерима с точностью анализа, стандарт обоснованно предписывает выполнение восьмислойной наплавки.
Подготовку кромок пластин под сварку следует производить механическим способом. Перед сваркой кромки пластин очищают от загрязнений. Сварку выполняют в нижнем положении. Сила то-
415
Рис. 146. Изменение концентрации хрома (а) и молибдена (б) по слоям многослойной наплавки на сталь Ст.З высоколегированными электродами: 1 — рутиловые электроды; 2 — основные электроды
Число слоев
ка при сварке должна составлять 85-95% от максимально допустимой для электродов контролируемой марки данного диаметра. Каждый электрод следует использовать полностью: длина остающегося огарка не должна превышать 50 мм. Как правило, ширина каждого валика шва не должна быть более четырех диаметров проверяемых электродов. Направление сварки меняют при каждом очередном проходе. При сварке без подогрева каждый очередной проход-обычно выполняют после охлаждения металла ранее выполненной части шва до температуры ниже 250 °C. Конструктивные элементы выполненных швов должны соответствовать показанным на рис. 145, б.
Наложение иодварочного валика в сварных соединениях, выполняемых по варианту Б, рационально производить после удаления корневой части основного шва механическим способом на глубину не менее 2 мм. Это снижает вероятность появления дефектов в виде непроваров и шлаковых включений в шве.
Выполненное стыковое сварное соединение подвергают термической обработке, если таковая предусмотрена.
Из стыкового сварного соединения для проверки механических свойств металла шва вырезают и изготавливают три образца для
416
испытания на растяжение типа Пи три образца для испытания на ударный изгиб (ударную вязкость) типа VI (Менаже) или IX (Шарли) ио ГОСТ 6996-66 (рис. 147). Тип образцов для испытаний на ударный изгиб принимают в соответствии с указаниями стандарта или технических условий па электроды контролируемой марки. Если этой документацией предусмотрены испытания на образцах типа IX, изготовитель должен также обеспечить соответствие нормам ГОСТ 9467-75 или ГОСТ 10052-75 для образцов типа VI, хотя проведение испытаний образцов типа VI не является в этом случае обязательным.
Рис. 147. Эскиз образцов для определения механических свойств металла шва: а — образец типа II; б — образец типа VI; в — образец типа IX
27 - 9-423
417
Таблица 83. Ударная вязкость, Дж/см2, для электродов марок
Тип образца ОЗС 4 МР-3 АНО-4 УОНИ 13/45 УОНИ-13/55 УОНИ 13/65
VI 124 164 184 216 276 230
IX 108 117 131 183 228 144
Изготовителям электродов следует иметь в виду, что международные и зарубежные стандарты (см. гл. 2) содержат нормы только для образцов типа IX, и для перехода к таким нормам необходим набор соответствующих данных по всей номенклатуре выпускаемой продукции.
Испытания на образцах типа IX являются существенно более жесткими, что проявляется даже при испытаниях при температуре плюс 20 °C. Результаты для ряда распространенных марок электродов в одинаковых условиях [110] приведены в табл. 83.
Видно, что швы, выполненные электродами с рутиловым покрытием, более чувствительны к острому надрезу, чем швы, выполненные основными электродами. Электроды повышенной прочности (УОН И-13/65) в наибольшей степени чувствительны к виду надреза.
Испытания при пониженных температурах образцов типа IX четко выявляют разницу в свойствах электродов (табл. 84).
Вырезку образцов производят механическим способом в соответствии со схемой, приведенной на рис. 148. Образцы для испытания на растяжение, а также рабочая часть образцов для испытания на ударный изгиб, должны быть изготовлены целиком из металла шва. Для-того чтобы убедиться в соблюдении этого обязательного условия, целесообразно травление торцов заготовок для выявления макроструктуры. Травление производят при комнатной температу-
Таблица 84. Ударная вязкость, Дж/см2
Марка электрода Температура испытаний, °C
+20 0 -20 -40
МР 3 117 65 16 -
АНО 4 131 108 64 24
УОНИ 13/45 183 181 106 40
УОНИ-13/55 228 237 148 65
418
Рис. 148. Схема вырезки образцов из металла шва: 1 — для испытания на ударный изгиб; 2 — для испытания на статическое растяжение
ре в растворе 30% HNO3 для электродов общего назначения и в растворе царской водки — для высоколегированных электродов.
При наличии соответствующих записей в нормативной документации на конкретную марку электродов до проведения испытаний на растяжение и статический изгиб образцы или их заготовки для удаления водорода выдерживают 6-16 ч в электрической печи при температуре 240-260 °C или в течение 24 ч в кипящей воде. Тем самым предотвращают возможность появления так называемых водородных флокенов, снижающих результаты испытаний.
Проверка механических свойств металла шва может быть заменена проверкой механических свойств наплавленного металла. При этом на пластине из стали марки СтЗсп по ГОСТ 380 2005 размером 350x100x20 мм электродами контролируемой марки выполняют предварительную пятислойную наплавку, на поверхность которой электродами проверяемой партии в продольном направлении наплавляют слои металла общей толщиной 20-24 мм. Площадь наплавки в верхней части должна быть не менее 330x65 мм.
На выполняемые многослойные наплавки распространяются требования в части указаний по сварке, термической обработки, ко-
27*
419
личсства, типов и способов вырезки образцов для испытания механических свойств металла шва. Использование для вырезки образцов начального и конечного участков наплавки длиной по 30 мм и продольных краев наплавки шириной по 5 мм не допускается.
Заготовки всех образцов должны быть вырезаны из верхних слоев наплавки без захвата металла предварительной пятислойной наплавки. При этом заготовки образцов для испытания на растяжение вырезают вдоль направления наплавки, а заготовки образцов для испытания на ударный изгиб — поперек указанного направления. Поэтому на участке вырезки образцов для испытаний на растяжение ширина наплавки может быть уменьшена до 35 мм.
Следует учитывать, что в связи с разным характером кристаллизации металла шва в сварном соединении и наплавленного металла при наплавке на плоскость их механические свойства для многих марок электродов могут существенно различаться.
При контроле электродов диаметром менее 3 мм проверка механических свойств металла шва по соответствующей документации может быть заменена проверкой механических свойств сварного соединения, для чего электродами проверяемой партии сваривают две стальные пластины номинальным размером 250x90x3 мм каждая. В этом случае материал пластин выбирают таким образом, чтобы обеспечить разрушение образца по металлу шва. Возможно также применение пластин толщиной 2 мм.
Сварку пластин производят с двух сторон без разделки кромок. Зазор должен обеспечивать отсутствие непровара. Остальные требования к проведению сварки аналогичны описанным ранее для металла шва.
Для проверки механических свойств сварного соединения из свариваемых пластин вырезают и изготавливают по три образца для испытания на растяжение типа XIII и для испытания на статический изгиб — типа XXVIII по ГОСТ 6996 66. Схема вырезки и внешний вид образцов показаны на рис. 149. Вырезку производят механическим способом.
Необходимо строго контролировать размеры и состояние поверхности испытуемых образцов. На круглых образцах на растяжение часто бывает неправильно обработана галтель. На плоских образцах на растяжение должны быть скруглены кромки. На ударных образцах особо тщательно контролируют правильность нанесения надреза.
Испытания образцов проводят согласно ГОСТ 6996-66. При выявлении на образцах дефектов металлургического характера
420
Рис. 149. Схема вырезки образцов из сварного соединения: 1 — для испытания на статическое растяжение;
2 — для испытания на статический изгиб
(пор, шлаковых включений и пр.) результаты испытаний дефектных образцов признают недействительными. Дефектные образцы заменяют равным количеством годных.
Результаты испытаний определяют как среднее арифметическое, которое заносят в сертификат. На одном из образцов допускаются отклонения до 10% от установленных норм. Однако среднее непременно должно отвечать требованиям документации. В противном случае испытания повторяют на удвоенном количестве образцов. Результаты повторных испытаний являются окончательными. Нормы показателей механических свойств для стандартизованных электродов были приведены в табл. 6, 7, 8.
Контроль специальных свойств металла шва. Проверку твердости наплавленного металла проводят, в основном, при контроле наплавочных электродов. Ее обычно осуществляют на поверхности восьмислойной или пятислойной наплавки, выполненной для проверки химического состава наплавленного металла, если иное не оговорено документацией на марку электродов. Для изготовления и наплавки образцов применяют углеродистую сталь марки ВСтЗсп по ГОСТ 380-2005. Наложение слоев производят в нижнем положении одним валиком по ширине наплавки. Направление каждого слоя чередуют. Производят тщательную межслойную очистку валиков от шлака и брызг. Для улучшения качества формирования наплавки часто используют медные ограничительные планки.
Условия наложения слоев, включая межслойнос и заключительное охлаждение, зависит от свойств конкретных марок элект
421
родов. Следует учитывать, что твердость наплавленного металла может существенно изменяться в зависимости от условий испытаний. Эти условия, а также режимы термической обработки наплавленных образцов, устанавливают в документации на электроды.
После наплавки и термообработки (при необходимости) поверхность образца шлифуют па глубину нс более 1 мм. Последующую доводку производят наждачной шкуркой. Необходима достаточная чистота поверхности для обеспечения возможности последующего замера диаметра отпечатка. Обратную сторону пластины («подошву») предварительно необходимо профрезеровать для обеспечения устойчивости образца при получении отпечатка.
Замеры твердости выполняют на твердомерах Бринелля по ГОСТ 9012-59 или по Роквелу (ГОСТ 8064-72). В первом случае твердость выражают в условных единицах НВ, во втором HRC3. Все большее применение находят малогабаритные электронные программируемые универсальные твердомеры типа ТЭМП-4. Замеры проводят в трех или пяти точках, достаточно удаленных как друг от друга, так и от края образца. Подсчитанное среднее значение заносят в сертификат. На одном замере допустимо отклонение от установленных норм, но не более чем на 10% от абсолютной величины твердости.
Определение содержания ферритной фазы. Для ряда высоколегированных электродов обязательной является проверка содержания ферритной фазы в наплавленном металле. Обычно такие электроды имеют аустенитную структуру, а содержание ферритной фазы не превосходит 10%. Для высоколегировашгьтх электродов этот показатель весьма важен. При слишком низком содержании феррита возможно образование трещин в сварных швах реальных конструкций. Повышенное содержание ферритной фазы приводит к охрупчиванию сварных швов оборудования, работающего при высоких температурах.
Для электродов диаметром более 2,5 мм содержание ферритной фазы определяют объемным магнитным методом, например на ферритометре марки ФВД-2 конструкции ЦНИИТМАШ или других, обеспечивающих погрешность измерения ±10% от измеряемого значения. Для этого на пластине номинальным размером 160x80x15 мм или из сталей марок СтЗсп по ГОСТ 380-2005 или из стали, для сварки которой предназначены электроды контролируемой марки, или из сталей 08Х18Н10, 12Х18Н9Т по ГОСТ 5632—72 выполняют семислойную наплавку в соответствии
422
Рис. 150.
Схема наплавки для определения ферритной фазы
Место отбора
со схемой, приведенной на рис. 150. В двух последних случаях количество наплавляемых слоев может быть уменьшено до пяти.
Условия наплавки должны быть строго оговорены, так как от них во многом зависят результаты последующих определений. Длина наплавки должна составлять не менее 150 мм. Наплавку всех слоев производят в одном направлении в нижнем положении на регламентированных документацией токовых режимах. Длина дуги короткая, поперечные колебания электрода при наплавке — минимальны. Ширина отдельного валика не должна превышать 2,5 диаметра электрода. Перед наложением каждого последующего валика ранее наплавленный необходимо охладить до температуры ниже 100 °C. После выполнения последнего валика наплавку охлаждают на воздухе.
Из средней части верхних слоев наплавки вырезают два контрольных образца длиной 60+1 мм и диаметром 5±0,1 мм. Содержание ферритной фазы определяют как среднее арифметическое результатов испытаний обоих образцов. Допустимо отклонение на 10% от норм для одного образца, если среднее отвечает этим нормам.
Для электродов диаметром до 2,5 мм содержание ферритной фазы определяют металлографическим методом по ГОСТ 11878-66 на световых микроскопах. Используют восьмислойныс наплавки, выполняемые для определения химического состава наплавленного металла. Порядок выполнения наплавки аналогичен вышеизложенному. Металлографические определения производят в трех верхних слоях наплавки.
В качестве оперативного операционного контроля электродов по замесам возможно определение ферритной фазы точечным методом. Для этого на пластину из стали марки 08Х18Н10 или
423
12Х18Н9Т размером 100x60x14 мм электродами каждого контролируемого замеса производят трехслойную наплавку. Длина наплавки 50 60 мм, ширина 15-25 мм; поверхность наплавки шлифуют. Замеры с помощью ферритометра марки ФЦ-2 конструкции ЦНИИТМАШ выполняют в пяти точках, равномерно расположенных по поверхности наплавки вне зоны кратеров. Содержание ферритной фазы подсчитывают как среднее арифметическое этих замеров.
При большем опыте параллельного определения содержания ферритной фазы объемным и точечным методом последний может быть принят в качестве приемо-сдаточного. Однако в арбитражных случаях замеры проводят только объемным или металлографическим методом.
Испытания на межкристаллитную коррозию (МКК). Известно много видов коррозии. Межкристаллитная коррозия является самым опасным видом коррозионного разрушения. Ей подвержены сварные соединения коррозионностойких высоколегированных сталей, эксплуатирующиеся в агрессивных средах. Стойкость металла швов, выполненных высоколегированными электродами, определяют по результатам испытаний металла шва по специальным ускоренным методикам (ГОСТ 6032-2003). Стойкость металла шва электродов, нормированных ГОСТ 10052-75, против межкристаллитной коррозии гарантируется соблюдением норм стандарта по химическому составу наплавленного металла и закрепленной технологией их изготовления. Испытания на МКК сварных соединений, выполненных электродами, в качестве входного контроля проводят заводы-изготовители сварных конструкций. Для изготовителей электродов периодичность таких испытаний устанавливают соответствующими техническими условиями или оговаривают в конкретном заказе.
Для изготовления образцов используют, обычно, пластины из стали 08Х18Н10 или 12Х18Н9Т. Кромки свариваемых пластин разделывают под углом, обваривают в три слоя электродами контролируемой партии. Затем производят сварку пластин. Вырезку образцов рекомендуемого размера 80х20х(3-5) мм производят поперек шва из верхней его части. Изготавливают по четыре образца, два из которых являются контрольными. Контрольные образцы не проходят коррозионные испытания — они предназначены для определения реакции металла на изгиб без воздействия среды. Образцы шлифуют, их поверхность полируют (Ra не более 0,8 мкм по 424
ГОСТ 2789-73) и испытывают по специальным методикам, предусмотренным ГОСТ 6032-2003.
Наиболее распространен метод АМУ — выдержка образцов в кипящем водном растворе сернокислой меди и серной кислоты в присутствии медной стружки в течение 8 ч. Ускоренным по сравнению с АМУ (продолжительность испытаний для сталей без молибдена 2 ч, для сталей, содержащих молибден, — 3 ч) является метод АМУФ — выдержка образцов при температуре 20-30 °C в водном растворе сернокислой меди, серной кислоты, фтористого натрия или калия в присутствии металлической меди. Эти методы применяют для контроля большинства коррозионно-стойких высоколегированных электродов. После окончания испытаний образцы промывают, просушивают и изгибают под прессом на угол 90±5° (ГОСТ 14019-80). Браковочным признаком является появление трещин специфического вида на границах зерен металла.
Контроль металла шва на межкристаллитную коррозию рационально выполнять периодически в качестве технологического контроля стабильности качества электродов.
Электроды, выдержавшие все предусмотренные документацией испытания, упаковывают и направляют на склад готовой продукции или непосредственно потребителю.
425
Глава 14.
Безопасность и охрана труда в электродном производстве
Виды работ, представляющие повышенную опасность. Общие требования по безопасности труда
Электроды как вид продукции должны отвечать современным санитарно-гигиеническим нормам, что включает соответствующие требования как к материалам электродных покрытий, так и к организации груда при изготовлении и применении электродов.
Требования к безопасным условиям труда подразделяют на общие и специфические для электродных производств.
К общим относят требования к производственным зданиям, оградительной технике, транспорту, проведению ремонтных и погрузочно-разгрузочных работ, хранению и транспортировке сыпучих химических свойств. Специфические требования диктуют особенности электродных производств.
В современных условиях требования безопасности предъявляют также к условиям жизни на прилегающих к предприятиям территориях. Согласно санитарно-эпидемиологическим правим и нормативам СанПиН 2.2.1/2.1.1.1031-01 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов», производство металлических электродов отнесено к IV классу опасности с размером санитарно-защитной зоны (расстояние, отделяющее предприятие от жилой застройки) 100 м. Производство металлических электродов с использованием марганца отнесено к III классу опасности с размером санитарно-защитной зоны 300 м.
Технологические процессы производства электродов характеризует ряд неблагоприятных факторов, основной из которых — загрязнение воздуха пылью смешанного состава. Воздушная среда
426
запылена на всех технологических этапах. Наиболее интенсивно пыль выделяется при дроблении, измельчении, просеве, сушке компонентов, дозировке и приготовлении шихты, зачистке торцов электродов (табл. 85). В зависимости от исходных материалов об-
Таблица 85. Количественные и качественные показатели основных стадий производства электродов по вредным выделениям
Оборудование, технологические операции Место основного пылевыделения Характеристика пыли и вредных примесей
Состав Концентрация, мг/м3
Установки раста-ривания и просева Узлы загрузки, выгрузки Пыль (минералы, концентраты) 100-200
Дробилки Пыль (минералы, ферросплавы) 10-50
Аэрозоль марганца 1.5-1.8
Шаровые мельницы Пыль (минералы, ферросплавы, силикаты) 100-200
Аэрозоль марганца 1,5-1,8
Печи для сушки компонентов Пыль Минералов 10-100
Оксид углерода 10-25
Линии дозировки Пыль всех дозируемых компонентов 10-30
Аэрозоль марганца До 0,6
Автоклав для варки растворов жидкого стекла Узел загрузки Пыль силикатов 3-10
Пыль хромпика 0,01
Правильноотрезные автоматы Правильный барабан Пыль (металл, окалина, мыло) 4-10
Аэрозоль масла 1,0-2,5
Смесители для приготовления обмазочной массы Узел загрузки Пыль смеси компонентов 5-20
Аэрозоль марганца 0,06-0,18
Опрессовочный агрегат Питатель, узлы зачистки Пыль суммарная 3-4
Аэрозоль марганца 0,06-0,18
Сугггильпо-прокалочные печи Сушильная камера Пыль суммарная 4 6
Аэрозоль марганца 0,2-0,4
Фосфористый водород 0,5-1,0
427
разующаяся пыль содержит в своем составе соединения марганца, железа, хрома, кремния и пр.
Многие процессы, связанные с переработкой ферросилиция и ферромарганца, сопровождаются выделением в воздух фосфористого водорода. При термообработке электродов возможно выделение оксида углерода. При сушке сырьевых материалов и при прокалке электродов выделяется значительное количество теплоты, что может создать неблагоприятный микроклимат в ряде помещений или на отдельных участках.
Некоторое технологическое оборудование (дробилки, мельницы, правильно-отрезные станки) являются источником сильного шумообразования, что приводит к повышению общего уровня шума в помещении.
Во время сварочных работ при испытаниях электродов воздушную среду производственных помещений может загрязнять сварочный аэрозоль сложного состава.
Отрицательное воздействие всех перечисленных факторов на работающих сводится к минимуму при их полном учете, начиная с проектирования цехов, организации безопасного труда с учетом специфики производства, правильной эксплуатации оборудования и соблюдения всех требований по технике безопасности.
На стадии проектирования, строительства и реконструкции электродных цехов безопасность труда работающих в этих цехах обеспечивается выполнением обязательных требований СН 245 71 «Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий», «Строительных норм и правил проектирования вспомогательных зданий и помещений промышленных предприятий» 1192 76 и «Санитарных правил по организации технологических процессов и гигиенических требований к производственному оборудованию» Ng 1042-73. Во всех технологических инструкциях и стандартах предприятия обязательным является наличие раздела по технике безопасности. В нем, в зависимости от применяемого конкретного оборудования и технологии, приводят детализированные требования, соблюдение которых гарантирует безопасность труда. Соблюдение этих требований — гражданский и служебный долг каждого работника.
На основное оборудование цехов должны иметься паспорта, содержащие технические данные и санитарно-гигиенические характеристики. В период эксплуатации оборудования в паспорта вносят все данные об изменениях, происшедших с оборудованием, о проведенных капитальных ремонтах.
428
Требования к производственным зданиям. Объемно-планировочные решения должны, по возможности, обеспечивать поточность технологического процесса и механизацию работ с учетом возможности расположения оборудования по вертикальной схеме. Желательно размещение в изолированных помещениях следующих отделений: складов сырья и готовой продукции, приготовления жидкого стекла, мокрой обработки ферросплавов, дробильноразмольного, дозировки, рубильного, вентиляционных камер.
Наружные транспортные ворота производственных цехов оборудуют механизмами для их открывания и воздушно-тепловыми завесами. Стены, потолки и другие внутренние конструкции помещений должны иметь гладкую поверхность с малым количеством выступов и отделку, допускающую мокрую уборку. Полы производственных помещений должны быть выполнены из материалов повышенной прочности, малой истираемости и возгораемости. Плавность сопряжения полов со стенами достигают с помощью плинтусов. Полы должны быть водонепроницаемыми, под ними необходима надежная гидроизоляция.
Цеховые и заводские лаборатории (электродную, сварочную, химическую и пр.) необходимо размещать в изолированных помещениях.
Требования к оградительной технике. Отверстия или окна в станинах станков и машин, через которые люди или их одежда могут попасть в движущиеся или вращающиеся части механизмов, должны быть закрыты. Лопасти вентиляторов должны быть изолированы от работающих ограждением. Напольные кнопки или педали включения механизмов в работу также оснащают ограждением.
Требования к транспорту. Подъемно-транспортные средства предназначены для транспортирования в цех и из цеха, для подачи внутри цеха к рабочим местам тяжелых и громоздких предметов. Управление автопогрузчиками, электропогрузчиками, автокарами и электрокарами может быть поручено только лицам не моложе 18 лет, имеющим удостоверение на право управления транспортом, прошедшим медицинское освидетельствование и специальное обучение. При движении транспорта по внутрицеховым путям должен быть сохранен безопасный габарит.
При соблюдении необходимых требований допустимо применение напольных рельсовых тележек с канатной тягой. Эксплуатация всех рельсовых тележек допускается при условии обеспечения хорошей видимости пути лицом, обслуживающим рельсовый транспорт.
429
Грузы, укладываемые на платформы тележек, кар, не должны выступать за их боковые габариты.
Требования к проведению погрузочно-разгрузочных работ. Погрузочно-разгрузочные работы выполняют под руководством ответственного лица, назначенного администрацией. При возникновении опасных условий это лицо должно немедленно принять меры предосторожности или прекратить работы до устранения опасности. Запрещено нахождение людей в железнодорожных вагонах при погрузке в них грузов кранами. Погрузочно-разгрузочные площадки должны иметь ровную поверхность, достаточно освещены; подъездные пути к площадкам должны быть исправны.
Склады, расположенные в подвальных и полуподвальных помещениях, оборудуют люками или подъемниками для спуска и поднятия грузов. При складировании грузов на складах расстояние между ними и стеной должно быть не менее 0,8 м, а ширина проходов между штабелями — не менее 1 м.
Хранение и транспортировка сыпучих химических веществ. Химические вещества необходимо хранить в помещениях раздельно по группам в зависимости от их химического взаимодействия. Склады должны быть оборудованы стеллажами, шкафами и снабжены необходимым инвентарем, приспособлениями, средствами индивидуальной защиты, средствами пожаротушения. Каждый химикат хранят в соответствующей для него исправной и закрытой таре на установленном месте. На таре с химикатами должна быть надпись, этикетка или бирка с точным указанием названия химического вещества и соответствующего нормативного документа. Хранение обезличенных химикатов или в открытой таре недопустимо.
Порядок и условия хранения и выдачи каждого химического вещества должны быть определены инструкциями или стандартами предприятия. В помещениях, где хранят химикаты, должны быть вывешены инструкции по безопасному обращению с веществами.
Транспортировку сыпучих химических веществ производят в исправной герметичной чистой таре, материал которой соответствует предъявляемым требованиям.
Требования к проведению ремонтных работ. Для обеспечения безопасной эксплуатации оборудования и агрегатов, согласованной работы ремонтного и эксплуатационного персонала необходимо применять систему ключа-бирки. Обслуживание и ремонт оборудования при этом осуществляют с соблюдением следующих основных требований:
430
• ключ-бирка является элементом электрической схемы управления механизмом, без которого данный механизм не может быть запущен в работу;
• ключ-бирку необходимо принимать и передавать из смены в смену, при его отсутствии запуск механизма в работу запрещен;
• ключ-бирка даст право ремонтному или эксплуатационному персоналу на эксплуатацию, ремонт, осмотр, смазку, наладку данного оборудования;
• руководитель ремонта после получения ключа-бирки должен проверить его соответствие ремонтируемому механизму и принять необходимые меры обеспечения безопасности.
По окончании ремонтных работ механизм должен быть приведен в порядок, ограждения поставлены на место, предохранительные устройства восстановлены, люди удалены из опасных мест. Перед запуском механизма в работу проверяют соответствие бирки данному механизму, готовность его к пуску, состояние рабочего места.
При проведении реконструкции до начала строительно-монтажных работ в действующих цехах должен быть разработан проект организации работ, обеспечивающий их безопасное ведение как для строительных рабочих, так и для цехового персонала.
На видных местах должны быть вывешены красочно выполненные плакаты по охране труда, предупредительные надписи, правила безопасности и инструкции по отдельным видам работ.
Организация безопасного труда с учетом специфики электродного производства
Безопасный труд основан на применении исправного оборудо вания, правильной технологии, знании работающими и неукоснительном выполнении ими установленных правил. Руководитель любого ранга обязан постоянно контролировать соблюдение работающими правил безопасного труда.
В производственных помещениях необходимо максимальное использование естественного освещения. С учетом воздействия фтористых соединений на стекло необходима регулярная (не реже 4 раз в год) очистка стекол.
В производственных помещениях, где имеются сосредоточенные группы работающих, наряду с равномерным, предусматривают и местное освещение. Это относится, например, к рабочим местам
431
сортировщиц, прессовщиков и их подручных. Местное освещение необходимо также для поверхностей, требующих повышенной освещенности по сравнению с остальной площадью помещения (в частности, мест загрузки и выгрузки материалов дробильно-размольного оборудования).
На складах, в заготовительных отделениях и подобных помещениях должна быть предусмотрена система общего освещения с использованием ламп накаливания, люминесцентных и др.
На каждую систему освещения после светотехнических испытаний должен быть составлен паспорт, инструкция по эксплуатации и заведен журнал с указанием графика ремонта, периодичности чистки и смены ламп.
Вентиляцию производственных помещений, технологический процесс в которых сопровождает загрязнение воздушной среды пылью, необходимо осуществлять по принципу аспирации (обеспыливания) укрытого технологического оборудования и транспортных средств. Работа аспирационных установок должна блокироваться с технологическим оборудованием. Должна быть обеспечена надежная работа приточно-вытяжной вентиляции. Способ распределения приточного воздуха в помещении и его подвижность в рабочей зоне должны гарантировать отсутствие вторичного пылеобразования. Пылящее технологическое оборудование устанавливают со встроенными аспирационными устройствами и патрубками для присоединения к вентиляционным установкам. На все вентиляционные установки должна быть оформлена техническая документация (паспорта, эксплуатационные журналы).
Поступающие сырьевые материалы необходимо разгружать с применением средств механизации и средств борьбы с пылевыде-лениями. Сырье хранят на складе в таре (контейнерах, мешках и пр.). Материалы без упаковки помещают в специальные отсеки или бункера. В контейнерах, предназначенных для ферросплавов, не допускается хранение других компонентов. При хранении алюминиевого порошка необходимо учитывать возможность его самовозгорания при попадании воды. Расстояние от барабанов с порошком до отопительных приборов — не менее 1 м.
Транспортировку пылящих порошковых материалов со склада и в технологическом процессе производят герметичным транспортом, исключающим выделение пыли в помещении (пневмотранспортом, ук-рытыми контейнерами и др.). Необходимо обеспечить минимальное количество перегрузок и малую протяженность транспортировки.
432
Жидкое стекло транспортируют по трубопроводам. Автоклавы оборудуют аппаратурой для быстрого отключения пара, предохранительным колпаком на паропроводе, манометром для измерения давления пара, обратным клапаном. На манометре должны быть указаны даты предыдущего и последующего испытаний. Автоклавы и баки с жидким стеклом оборудуют приспособлениями, не допускающими их переполнения.
Катушки в размоточном устройстве правильно-отрезных станков должны легко вращаться и иметь устройства, предотвращающие образование слабины проволоки. Для быстрой остановки катушек при обрыве проволоки или остановке рубильных станков должно быть предусмотрено торможение. Тормозное устройство должно допускать быстрое его отключение для ручного поворота катушки при заправке проволоки в станок. Сухари правильных барабанов должны быть надежно закреплены, а правильные барабаны — работать только при опущенном заградительном щитке, сблокированном с пусковым устройством.
Дробильно-размольное и другое оборудование, являющееся источником вибрации (дробилки, мельницы, моторы, двигатели, вентиляторы, бегуны и пр.), должно иметь отдельные фундаменты, не связанные с фундаментом здания, или установлено на специальных амортизирующих и виброизолирующих фундаментах. Корпусы размольно-смесительного оборудования (дробилки, мельницы, смесители) должны быть покрыты вибропоглощаюшими материалами и установлены па виброизолирующих основаниях. Желательно полное отделение мельниц от других участков звукоизолирующими перегородками. Для предотвращения передачи в рабочие помещения вибрации и шума из вентиляционных камер необходимо использовать гибкие вставки в воздуховоды, мастики, виброизоляторы и пр. Постоянный контроль за состоянием механизмов позволяет своевременно устранять шум и вибрацию, возникающую из-за неисправностей и изнашивания работающего оборудования.
Дробильно-размольные агрегаты и другие механизмы, работа которых связана с пылящими материалами, должны быть оборудованы местными отсосами. В качестве таковых используют агрегаты типа ЗИЛ -900 или его более совершенные аналоги, например АОУМ- 1000 или конструкции НПВФ «ОСПАЗ Прогресс»
Эти агрегаты предназначены для отсоса и очистки воздуха от абразивной и других аэрозольных частиц сухой пыли в электродных и других производствах. Они позволяют возвращать очи-
28 - 9-423
433
щенпый воздух в атмосферу цеха с соблюдением санитарных норм за счет использования высокоэффективных фильтрующих материалов.
Техническая характеристика фильтров
АОУМ-1000 «ОСПЗ-Прогресс»
Производительность, м3/ч...... 1000............1400
Разрежение во всасывающем
патрубке, Па......................300..........1000
Мощность электродвигателя, кВт... 1,5...........2,2
Число рукавов, шт..................16.............7
Размер рукавов, мм:
диаметр.........................120...........170
высота........................ 1000...........890
Степень очистки воздуха, %......95............96 99
Габаритные размеры, мм .... 1006М070..........0630
Высота, мм.......................2100..........1980
Масса, кг.........................170.............~
Агрегат АОУМ-ЮОО (рис. 151) включает две ступени очистки: 1-я ступень — инерционный осадитель грубых частиц 4 и 2-я ступень тонкой очистки от сухой пыли на рукавном фильтре 3 с механическим отряхиванием 7, а также бункер для сбора уловленной пыли 5 с выгрузкой в контейнер б и центробежный вентилятор 1 типа ВЦ-14-46 с камерой шумоглушения 2. Он эффективен при концентрации пыли до 3 г/м3 с размером частиц более 3 мкм.
Схема фильтра «ОСПАЗ-Прогресс» показана на рис. 152.
При размоле невзрывоопасных и пожаробезопасных компонентов сухим способом в шаровых мельницах непрерывного действия удаляемый из мельниц измельченный компонент классифицируют на ситах или в воздушном сепараторе. Так как сепараторы работают под разрежением, местные отсосы необходимы только для участков и узлов систем, находящихся под положительным давлением. В местах соединений барабаны шаровых мельниц должны иметь уплотнения, исключающие пылевыделение в помещение.
Размол металлов и сплавов, дающих взрывоопасные смеси с воздухом (табл. 86), производят в шаровых мельницах периодического действия с поддувом инертных газов, главным образом азота, реже — мокрым способом в стержневых мельницах непрерывного действия с введением пассивирующей добавки в количестве не менее 0,5% от массы размалываемого материала. Контроль концент-
434
Рис. 151. Схема агрегата АОУМ-ЮОО: 1 — центробежный вентилятор; 2 — камера шумо-глушения; 3 — рукавный фильтр; 4 — инерционный осадитель грубых частиц; 5— бункер сбора пыли; 6 — контейнер; 7 — механический встряхивателъ фильтра
Рис. 152. Схема фильтра «ОС-ПАЗ -Прогресс»: 1 — встроенный осевой вентилятор; 2 — устройство периодического ручного встряхивания; 3 — фильтрующий рукав; 4 — корпус; 5 - поддон для сбора пыли; 6 — рычаг опускания поддона; 7 — три всасывающих патрубка
рации пассивирующей добавки, в качестве которой обычно применяют бихромат калия, необходимо производить на выходе из системы (из последнего бака отстойника) не реже двух раз в смену. Очистку отстойников необходимо производить ежемесячно. Следует учитывать экологическую вредность хромпика.
При отсутствии инертного газа возможен сухой размол взрывоопасных материалов с применением инертных добавок. Они состоят
28"
435
материалов ! Максимальная скорость нарастания о/иныг ‘кпнэквпо 1 30 1 3,43 со CN
и
S и о 5 с о. с Максимам ное давлет взрыва, МПа 20 кПа 0,316 1 0,343 о О xj-
с
1СНОСТИ ряда ^ентрационныъ ?л, г/м3 х с к £ R К £ ния пламени 500 О о 1000 800-1500 1000 230
С о о й 3 о. со и S Нижний кот npedt 1 § о 5С нения >500 1300 со О т—* 140 о 160 °C
аменяемости Температура самовоспламе- нения в слое э = о й 212 240 620 470 400 520* 1200-1500 640 400 400 'т снижаться Э,
шстика воспл Температура самовоспла- менвния J 3 2 • а 3 ю хГ О 400 450 О о 1 о о 1000 370 580 оказателъ може
Таблица 86, Характе, Материал Карбоксиметилцеллюлоза Металлический марганец Азотированный марганец 1 Никелевый порошок Феррованадий Ферромарганец Феррониобий Ферросилиций Ферротитан Металлический хром * Для пылевидных фракций п
436
из измельченных инертных материалов, входящих обычно в состав шихты электродных покрытий (полевого и плавикового шпата, фа-нита, мрамора и др.). Их загружают одновременно с взрывоопасными материалами в количестве не менее 6% от массы последних. Повторим, что для исключения возможности взрыва в момент открывания мельницы после ее остановки необходима выдержка не менее 15 мин для оседания пыли, и лишь после этого снимают крышку.
Ферросилиций, содержащий от 33 до 75% кремния, в том числе и марки Si 45, при воздействии влаги способен разлагаться с выделением самовоспламеняющегося при комнатной температуре фосфористого водорода и других горючих газов. Кроме взрывоопасности, продукты разложения ферросилиция при увлажнении достаточно токсичны, так как выделяют фосфин. Интенсивность газовы-дсления увлажненных порошков ферросилиция возрастает в 2 3 раза. Поэтому с точки зрения безопасности труда ферросилиций необходимо размалывать только в сухом виде, так как даже при незначительном его увлажнении в процессе размола образуются вредные и взрывоопасные газы [125-128].
Сушку сыпучих материалов рекомендуют производить во вращающихся сушильных барабанах, исключающих выделение пыли в помещение. Сушка пропассивированных влажным способом порошкообразных взрывоопасных металлов и сплавов на открытых плитах при отсутствии вытяжки недопустима.
Ввиду опасности возникновения взрыва не допускается воздушная сепарация порошков марганца, ферромарганца, алюминия и ферротитана.
Загрузку материалов в технологическое оборудование, а также выгрузку обработанного материала производят в герметизированных укрытиях, снабженных аспирацией. При загрузке бункеров не следует допускать повышение уровня слоя материала, нарушающее нормальную эксплуатацию аспирационного укрытия. В то же время остаточный слой материала в бункере должен предотвращать выбивание пыли. При использовании вибропитателей места соединения с оборудованием необходимо выполнять из гибкого пыленепроницаемого материала.
Порошки просевают на ситах закрытого типа, оснащенных аспирационными устройствами.
Транспортировку размолотых взрывоопасных компонентов пневмо- и другими видами трубопроводного транспорта производят в среде инертных газов (азота, печных газов и пр.). Перед каж
437
дой перекачкой размолотых сплавов и металлов контролируют концентрацию и давление газа на входе и выходе системы. Должна быть предусмотрена аварийная подача инертного газа в случае выхода из строя основной системы.
Замену рукавных фильтров необходимо производить ежемесячно. Предварительную их очистку осуществляют в среде азота.
При дозировке сухой шихты автоматизированными или механизированными дозировочными системами (весы-дозаторы, напольные весовые тележки) их оснащают аспирационными устройствами. Допускается использование других весовых устройств, оборудованных местными отсосами. При эксплуатации весов следует следить за тщательностью герметизации смотровых люков. Их открывание допускается только при выключенном оборудовании. На постах ручной дозировки наличие эффективных отсосов обязательно.
В помещениях размола и пассивирования ферросплавов необходимо особо тщательно обеспечивать падежную работу приточновытяжной вентиляции. Вытяжная вентиляция должна быть оборудована устройством очистки воздуха.
Отделения, где производят приготовление замесов с жидким стеклом, обеспечивают водой для мытья оборудования и тары. Дверцы кожухов бегунковых смесителей блокируют с пусковыми устройствами таким образом, чтобы исключить возможность их открытия во время работы смесителя. При изготовлении замесов с жидким стеклом рабочие должны иметь необходимые средства индивидуальной зашиты.
Электродообмазочные агрегаты оборудуют встроенными аспирационными пылеприемниками, расположенными у головки пресса и у подающего механизма. Должен быть обеспечен также местный отсос пыли у узлов зачистки концов электродов. Для задержки выбрасываемой из головки пресса обмазочной массы за отражателем электродов устанавливают металлический щит.
Поверхности технологического оборудования, подвергающиеся нагреву (сушильные и прокалочные печи или конвейеры), теплоизолируют или экранируют. На наружной поверхности теплоизоляции или экранов согласно СН №4088 температура не должна превышать 45° С.
Механизмы загрузки электродов на транспортирующие устройства печей должны обеспечивать правильную их укладку. Для наблюдения за состоянием перекладчиков печь оборудуют площадками и лестницами. Конвейерные печи оснащают звуковой и свето
438
вой оповестительной сигнализацией пуска и остановки механизмов печи. Печи должны быть оборудованы устройствами автоматического отключения конвейера при завалке электродов и устройствами автоматического отключения подачи напряжения при открывании дверей секций.
Перед сортировкой и упаковкой электроды должны быть охлаждены до температуры не выше 50 °C. Сортировку электродов производят механизированно или вручную на столах или конвейерах, оборудованных по всей площади вытяжными отсосами, обеспечивающими очистку воздуха в рабочей зоне.
Уборку производственных помещений осуществляют регулярно влажным способом, а в помещениях с повышенным пылевыде-лением — с применением пневмоуборочных систем или промышленных пылесосов, например вихревого пылесоса «Вортекс-300С». В рабочих помещениях производят ежемесячную влажную уборку оборудования и ограждений. Для уборки пыли с оборудования запрещено использовать сжатый воздух.
Сточные воды электродных цехов и участков должны быть обязательно очищены. Очистку стоков, загрязненных примесями минералов, концентратов, ферросплавов, производят в шламоотстой-никах, очистку от масел — специальными фильтрами. Шлам удаляют по принятым на конкретных предприятиях схемам с определенной периодичностью. Виды и типичные характеристики стоков электродных производств приведены в табл. 87.
Одними из важных санитарно-гигиенических показателей электродного производства в целом и собственно сварочных электродов являются радиационные характеристики. Продукты переработки минерального сырья, входящие в состав электродных покрытий, как и любое другое минеральное сырье, содержат в своем составе естественные радионуклиды. Они вносят в покрытие свою часть радиоактивности, каждый пропорционально собственной радиоактивности и доле в составе покрытия. Причем наибольшей радиационной опасностью для работающих обладают сварочные аэрозоли, доля радиоактивности которых достигает 30% от вносимой в покрытие с минеральным сырьем [129].
Как правило, используемые в качестве компонентов электродных покрытий традиционное рудоминералыюе сырье не относится к радиоактивным материалам. Однако для новых материалов, новых месторождений традиционных материалов представляется необходимым получение от поставщиков санитарно-гигиенических
439
Таблица 87. Вид и характеристика стоков
Вид стоков Характеристика стоков
Условно чистые:
от охлаждения оборудования Температура 15-20°С
от нагрева оборудования Температура 70- 80“С
Загрязненные стоки:
от установки мойки кусковых материалов (периодические от промывки материалов шихты) Примеси рудоминералов 30-120 г/л, силиката натрия или калия 10 г/л
от автоклава и системы резервуаров Щелочь 2-4 г/л, сухой остаток жидкого стекла 8-16 г/л
от линии приготовления обмазочной массы (периодически от промывки оборудования) Примеси рудоминералов до 20 г/л, силиката 5 г/л, pH 10-12
от электродоизготапливающих агрегатов (периодически от промывки оборудования) То же, нефтепродукты — до 10 мг/л
от мойки полов производственных помещений (периодически) Примеси рудоминералов до 20 г/л, силиката 5 г/л, pH 10-12
сертификатов с радиационно-гигиеническими характеристиками. В первую очередь это относится к рутилсодержащим материалам, отличающимся заметным содержанием естественных радионуклидов. Например, технически перспективный перовскитовый концентрат (CaOTiO2) из руд Африкандского месторождения (Карело-Кольский регион) не может быть применен без химической переработки в электродных покрытиях из-за высокой природной радиоактивности.
Требования безопасности при сварке покрытыми электродами
Специфические требования по охране труда предъявляют при проведении сварочных работ, в том числе при сертификатных испытаниях электродов [130-134]. Основными опасными и видными производственными факторами при ручной дуговой сварке покрытыми электродами являются: сварочные аэрозоли (СА); повышенный уровень оптического излучения в ультрафиолетовом, ви
440
димом и инфракрасном (тепловом) диапазонах; искры и брызги расплавленного металла и шлака; осколки шлака при его удалении (в том числе и самоудалении); повышенная температура сварочных и свариваемых материалов, оборудования и воздуха рабочей зоны; опасное напряжение в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека.
Состав электродного стержня, вид покрытия, диаметр электродов и режимы сварки, а также состав свариваемого металла определяют химический состав, валовые и удельные выделения сварочного аэрозоля. При сварке электродами с рутиловым и ильменитовым покрытием аэрозоль содержит соединения марганца, железа, кремния, незначительные количества оксидов азота и монооксид углерода. При использовании электродов с основным покрытием в аэрозоле, кроме указных соединений, присутствуют растворимые и нерастворимые фториды, фтористый водород и тетрофторид кремния. Применение электродов с целлюлозным покрытием сопровождается выделением соединений марганца, железа, кремния, незначительного количества оксидов азота и более высокого по сравнению с электродами вышеуказанных видов количества монооксида углерода. Наиболее вредные аэрозоли выделяются при сварке высоколегированными электродами, содержащими, кроме указанных веществ, шести- и трехвалентный хром в виде хроматов, и никель (табл. 88).
При прочих равных свойствах именно санитарно-гигиенические показатели электродов определяют их выбор потребителями. А разница этих показателей для электродов одного назначения с покрытиями одного вида может быть весьма велика (рис. 153).
Для характеристики токсичности сварочных аэрозолей, образующихся при использовании электродов различных марок и видов, с целью их сравнительной гигиенической оценки используют расчетный показатель необходимого для вентиляции количества воздуха Qm (см. рис. 152). Он показывает, сколько кубических метров воздуха необходимо подавать в рабочую зону при расходовании 1 кг сварочных материалов, чтобы разбавить СА и снизить содержание токсичных компонентов до предельно допустимых концентраций (ПДК): из рисунка видны существенные различия этого показателя не только для различных сталей и видов покрытий, но и для однотипных электродов различных марок
Общее количества воздуха, необходимого для разбавления СА до ПДК, определяет его максимальное значение для конкретного
441
Таблица 88. Гигиенические характеристики некоторых распространенных марок электродов
Марка электрода Валовые выделения основных вредностей, г на 1 кг расплавленных электродов Требуемое количество воздуха, лР/кг электродов
Наименование Количество
Электроды для сварки конструкционных сталей
ВСЦ-4 Оксид железа с примесью оксидов марганца 20,0-24,2 3400-4000
МР-3, ОСЗ-4, ЛНО-4, МР-ЗР Марганец 0,59-1,32 2000-4400
УОНИ-13/55, УОНИ-13/55 С Фтористый водород 2,3 5000
Электроды для сварки высоколегированных сталей
НИАТ-1 Хромовый ангидрид 0,4 40000
ОЗЛ 6, ЭА 400/10У, НЖ-13, ЦТ-28 0,1 0,6 10000-60000
ЦТ 15, ЦЛ-11 0,35 35000
ЭА 395/9 0,43-0,72 43000-72000
Электроды для наплавки
ЭН 60М Хромовый ангидрид 0,15 15000
Т-590 3,4-3,7 340000-370000
Электроды для сварки чугуна
ЦЧ-4 Ванадий 0,54 5400
Электроды для сварки меди
«Комсомо-лец-100» Марганец 3,9 13000
вещества, т. е. оно тем выше, чем больше удельное выделение и меньше ПДК вредного вещества.
Международным институтом сварки предложен более корректный показатель токсичности СА, называемый интенсивностью воздухообмена (ИВ) — количество вентиляционного воздуха в м3/ч, которое необходимо подавать в производственное помещение для разбавления концентраций всех компонентов СА до ПДК, а не только основного токсичного вещества, как принято в отечественной практике:
442
Qm вентиляции при сварке электродами: а — высоколегированные; б — легированные; в — углеродистые стали (1 - основное; 2 — рутилово-основное; 3 — рутиловое; 4 — кислое; 5 — ильменитовое; 6 — целлюлозное покрытия; заштрихованные части диаграмм — пределы изменения объемов воздухообмена для различных марок электродов)
Класс Интенсивность воздухообмена, м3/ч
1........................................... До 3000
2..........................................3000-7500
3 ....................................... 7500-15000
4........................................ 15000-35000
5........................................ 35000-60000
6...................................... 60000-100000
7........................................Более 100000
Данная классификация позволяет провести сравнительную санитарно-гигиеническую оценку электродов, однако не учитывает, что в зависимости от диаметра электрода и режима сварки электроды могут принадлежать к разным гигиеническим классам. Она не учитывает и то обстоятельство, что значения ПДК одних и тех же элементов в разных странах существенно различаются. Поэтому одни и те же электроды в разных странах могут быть отнесены к разным классам 1133].
Наибольшие выделения аэрозоля характерны для электродов с целлюлозным покрытием, затем идут электроды с покрытием основного вида. Электроды с кислым, рутиловым и ильменитовым покрытием по уровню выделения СА различаются незначительно, характеризуясь значительно меньшим выделением аэрозоля (рис. 154) [130].
443
Рис. 154. Удельные выделения сварочного аэрозоля Gn при сварке электродами с покрытиями;
1 — ильменитовое; 2 — рутилово-основное;
3 — целлюлозное; 4 — рутиловое; 5 — кислое с большим содержанием железного порошка; 6 — основное (диаметр электрода 5 мм, сила сварочного тока 230 А)
Наиболее вредными веществами, которые входят в состав СА, образующихся при сварке углеродистых и низколегированных сталей с покрытиями рутилового, кислого, ильменитового и целлюлозного видов, являются марганец, а при использовании электродов с покрытием основного вида — соединения фтора (особенно газообразные).
В процессе сварки высоколегированных сталей в состав СА, кроме токсичных соединений марганца и фтора, входят еще более токсичные соединения шестивалентного хрома и никеля с канцерогенными свойствами. Хром в составе СА присутствует в виде двух разных по токсичности соединений: в шестивалентном состоянии в виде хроматов и бихроматов натрия и калия (Na2CrO4, Na2Cr2O7, К2СгО4, К2Сг2О7) и в трехвалентном состоянии в виде Сг2О3. В соответствии с ГОСТ 12.1.005-88, шестивалентный хром относится к первому, а трехвалентный — к третьему классу опасности. Таким образом, при сварке электродами хромоникелевых высоколегированных сталей определяющим токсичным компонентом СА являются соединения шестивалентного хрома.
Основными токсичными компонентами СА, образующимися в процессе сварки цветных металлов (алюминия, меди и др.), являются их оксиды.
Одновременно с СА и газообразными соединениями фтора в зоне дуги могут образовываться такие вредные газы, как оксиды азота и монооксид углерода.
444
Оценивая опасность токсичных ингредиентов СА для сварщиков следует учитывать, что сроки развития бронхолегочных заболеваний и интоксикаций, связанных с их вдыханием, весьма продолжительны — 22-24 года. В ИЭС им. Е. О. Патона разработан банк данных сварочных аэрозолей, содержащий информацию о С А нескольких сотен марок сварочных материалов [134].
Для удаления сварочного аэрозоля из рабочей зоны в помещениях следует устанавливать устройства местной вытяжной вентиляции. Воздух, удаляемый из производственных помещений в атмосферу, должен быть очищен от вредных и газообразных веществ сварочного аэрозоля. Наиболее эффективными и удобными в пользовании средствами вентиляции на стационарных сварочных постах являются подъемно- и консольно-поворотные местные отсосы, присоединенные к централизованной системе, с индивидуальным вентилятором и системы, присоединенные к фильтру с возвратом очищенного воздуха в помещение.
Эффективное улавливание сварочного аэрозоля на расстоянии 25-50 см от зоны дуги обеспечивается при расходе воздуха, проходящего через воздухозаборные воронки диаметром, как правило, 125-160 мм, в пределах 600-1000 м3/ч. Скорость движения воздуха, создаваемая местными отсосами у источников выделения вредных веществ при ручной сварке, должна быть не менее 0,5 м/с.
Традиционные устройства местной вентиляции (поворотноподъемные наклонные панели, наклонно-щелевые отсосы и нижние подрешеточные отсосы) обеспечивают удаление сварочных аэрозолей в количестве не более 75%, вытяжные шкафы — 90%. Оставшийся сварочный аэрозоль (10 25%) надо разбавлять до предельно допустимой концентрации с помощью общеобменной приточно-вытяжной вентиляции, соответствующей СНиП 2.04.05. Требуемый воздухообмен общеобменной вентиляции следует рассчитывать на разбавление вредных веществ, не уловленных местными вытяжными устройствами, до уровней предельно допустимых концентраций. При этом количество подаваемого приточными системами воздуха регламентируется СП № 1009. Подачу приточного воздуха следует осуществлять в рабочую зону или в направлении этой зоны. Температура подаваемого вентиляционными установками воздуха должна быть не ниже 20 °C.
Фильтровентиляционные агрегаты следует выбирать с учетом вида покрытия применяемых электродов. Эти агрегаты с механическими или электростатическими фильтрами, очищающие воздух
445
только от твердой составляющей сварочного аэрозоля, можно применять лишь в комплексе с общеобменной вентиляцией пониженной производительности, составляющей 25-30% от расчетного необходимого воздухообмена, что обеспечивает удаление не уловленной фильтрами газообразной составляющей сварочного аэрозоля (СО, NO2, HF, SiF4 и др.). Например, универсальные электростатические фильтры ЭФВА предназначены для очистки воздуха от сварочных и других высокодисперсных электронепроводящих аэрозолей при их концентрации до 200 мг/м3 и размере частиц от 0,001 мкм и более. Исполнение — передвижные автономные с вентиляторами и полноноворотными воздуховытяжными устройствами и стационарные производительностью от 1 до 40 тыс. м3/ч очищаемого воздуха. Степень очистки воздуха от аэрозолей 93-99%. Фильтрующие кассеты из алюминия легко регенерируются промывкой. Складчатые кассетные фильтры ФСК предназначены для очистки воздуха от аэрозольных частиц сухих пылей при их концентрации до 50 мг/м3 и размере частиц от 0,3 мкм и более при электро- и газосварке, при рассеве и упаковке порошков тонкого помола и др. Степень очистки воздуха от вредных компонентов до 99,9%. Производительность 1000-2000 м3/ч. Исполнение — стационарное и передвижное. Фильтрующая кассета имеет пылеемкость до 5 кг пыли, после чего ее заменяют.
Для улавливания СА, выделяющегося при сварке электродами с покрытием основного вида, необходимо применять фильтровентиляционные агрегаты с двухступенчатыми фильтрами, которые очищают воздух от твердой составляющей СА механическим фильтром, а газообразные фтористый водород и тетрафтористый кремний отбирают второй ступенью фильтра из сорбционно-фильтрующего материала. Внешний вид установки ФВУ-1200 показан на рис. 155.
Техническая характеристика ФВУ-1200
Производительность, м3/ч..........................1200
Степень очистки сварочного аэрозоля, %:
твердой фазы, не менее...........................97
газообразной, не менее...........................90
Уровень шума, ДБ, не более..........................75
Количество обслуживаемых постов......................1
Потребляемая мощность, кВт............................ 1,1
Масса, кг..........................................160
446
Загрязненный воздух, пройдя через систему фильтров (фильтр грубой очистки, электростатический фильтр и фильтр-адсорбер), возвращается в помещение.
Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны не должно превышать предельно допустимые концентрации, регламентированные ГОСТ 12.1.005. При превышении концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны (в условиях, где невозможно организовать эффективную вентиляцию) для защиты органов дыхания нужно применять защитную маску сварщика с принудительной подачей очищенного воздуха в зону дыхания или фильтрующие респираторы.
Сварку хромоникелевыми электродами следует выполнять в изолированных помещениях или в общих при условии, что расход этих электродов по отношению к расходу других сварочных материалов на стационарных постах, оборудованных местными отсосами, не превышает 5% или составляет не более 0,25 кг/ч на 1000 м3 помещений.
Для защиты рабочих от оптических излучений сварочной дуги и ванны необходимо применять защитные щитки сварщика по ГОСТ 12.4.035 с защитными светофильтрами серии «С» по ОСТ 21-6-87. Выбор светофильтров зависит от силы сварочного
тока.
Для удобства в работе целесообразно применять щитки с автоматическим затемнением светофильтра (с переменным светопро-пусканием типа «Хамелеон»), освобождающие руки сварщика и исключающие сварку «вслепую». Такие щитки должны быть сертифицированы на соответствие требованиям ГОСТ 12.4.035. Рабочие места ограждают стационарными или переносными светоне
447
проницаемыми ограждениями из несгораемого материала высотой не менее 2,5 м. Средства коллективной защиты работающих от теплового излучения регламентирует ГОСТ 12.4.123.
Для защиты тела от искр и брызг расплавленного металла и шлака, повышенных температур материалов и оборудования предназначена спецодежда — всесезонная и летняя из брезента, лучше с термостойкой, искростойкой и огнестойкой пропиткой. Руки следует защищать рукавицами по ГОСТ 12.4.010.
Требования к оборудованию, используемому для ручной дуговой сварки покрытыми электродами, изложены в ГОСТ 12.2.003, ГОСТ 12.2.049, ГОСТ 12.2.007.8, «Правилах устройства электроустановок», «Правилах техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей» и «Правилах технической эксплуатации установок потребителей». Сварочные источники должны быть надежно заземлены (ГОСТ 12.2.007.0). В процессе эксплуатации напряжение холостого хода источников питания не должно превышать 80 В для источников переменного тока и 100 В — постоянного. Источники питания должны быть оборудованы вольтметром и сигнальной лампочкой, указывающими на наличие или отсутствие напряжения в сварочной цепи, блоками ограничения холостого хода.
Для ручной дуговой сварки покрытыми электродами применяют электробезопасные электрододержатели по ГОСТ 14651, прошедшие сертификацию. Устройства для крепления кабелей к элек-трододержателю, изделию и сварочной установке должны быть падежными, крепление осуществляться механическими зажимами.
Технические нормативы
по санитарно-гигиеническим условиям труда
На работников электродных производств распространяются следующие технические нормативы:
• «Санитарные правила для предприятий по производству сварочных материалов» № 1451-76 от 05 августа 1976 года, утвержденные Заместителем Главного Государственного санитарного врача СССР;
• «Правила безопасности в метизном производстве», утвержденные Минчермстом СССР 18 апреля 1978 года и согласованные с Госстроем СССР 31 марта 1978 г. и ЦК профсоюза рабочих металлургической промышленности 27 сентября 1977 г.;
448
• «Приказ министра здравоохранения СССР от 30 мая 1969 г. № 400 «О проведении предварительных при поступлении на работу и периодических медицинских осмотров трудящихся»;
• «Санитарные правила при сварке, наплавке и резке металлов» № 1009-73, утвержденные Главным Государственным санитарным врачом СССР 05 марта 1973 года;
• «Санитарные правила по организации технологических процессов и гигиенических требований к производственному оборудованию № 1042-73».
Основные сведения из перечисленных нормативов представлены в работе [ 135].
Обеспечение рабочих спецодеждой, спецобувью и предохранительными приспособлениями производится в соответствии с действующими «Типовыми отраслевыми нормами бесплатной выдачи спецодежды, спецобуви и предохранительных приспособлений».
Кроме того, следует руководствоваться общими нормативными документами, в том числе:
• Правила по охране труда на предприятиях и в организациях машиностроения ПОТ РО 14000-001-98. М. 1998. 144 с.;
• Положение обеспечения безопасности производственного оборудовании ПОТ РО 14000 002-98. М. 1998. 168 с.;
• Межотраслевые правила по охране труда при погрузочно-разгрузочных работах ПОТ РМ 007 98. М. 1998. 248 с.
• Правила по охране труда при использовании химических веществ ПОТ РМ-004-97. М. 1998. 112 с.;
• Общие правила безопасности для предприятий и организаций металлургической промышленности, утвержденные Госгортехнадзором СССР 13.05.1987. Челябинск. Металлургия. 1988. 64 с.;
• Правила применения и испытания средств защиты, используемых в электроустановках, технические требования к ним. СПб. ДЕАН. 2000. 126 с.;
• ПБ-10-14-92. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. СПб. ДЕАН. 2000. 224 с.;
• ПБ-10-115-96. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением. СПб. ДЕАН. 2000. 192 с.;
• Правила эксплуатации электроустановок потребителей. 5-е издание, переработанное и дополненное (с изменениями). СПб. ДЕАН. 2000. 320 с.;
29 - 9-423
449
• Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей. 4-е издание. СПб. ДЕАН. 2000. 192 с.;
• Правила безопасности в газовом хозяйстве. СПб. ДЕАН. 2000. 96 с.;
• Правила безопасности при работе с инструментами и приспособлениями. СПб. ДЕАН. 2000. 224 с.;
• Правила устройства электроустановок. 6-е издание, с изменениями, исправлениями и дополнениями, принятыми Главгосэнергонадзором РФ. СПб. ДЕАН. 1999. 228 с.;
• ССБТ. ГОСТ 12.1.003-83 Шум. Общие требования безопасности;
• ССБТ. ГОСТ 12.0.001-82 Основные положения;
• ССБТ. ГОСТ 12.0.004-90 Организация обучения безопасности труда. Общие положения;
• ССБТ. ГОСТ 12.1.004-91 Пожарная безопасность. Общие требования;
• ССБТ. ГОСТ 12.1.005 88 Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны;
• ССБТ. ГОСТ 12.1.007-76 Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности;
• ССБТ. ГОСТ 12.1.010-76 Взрывоопасность. Общие требования;
• ССБТ. ГОСТ 12.1.019-79 Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты;
• ССБТ. ГОСТ 12.1.030-81 Электробезопасность. Защитное заземление, зануление;
• ССБТ. ГОСТ 12.1.041-83 Пожаровзрывобезопасность горючих пылей. Общие требования;
• ССБТ. ГОСТ 12.2.003-91 Оборудование производственное. Общие требования безопасности;
• ССБТ. ГОСТ 12.2.007.0-75 Изделия электротехнические. Общие требования безопасности;
• ССБТ. ГОСТ 12.2.007.8-75 Устройства электросварочные и для плазменной обработки. Требования безопасности;
• ССБТ. ГОСТ 12.2.049-80 Оборудование производственное. Общие эргономические требования;
• ССБТ. ГОСТ 12.4.010-75 Средства индивидуальной защиты. Рукавицы специальные. Технические условия;
• ССБТ. ГОСТ 12.4.035-78 Щитки защитные лицевые для электросварщиков. Технические условия;
• ССБТ. ГОСТ 12.4.123-83 Средства коллективной защиты от инфракрасных излучений. Общие технические требования;
450
ГОСТ 14561-78 Электрододержатели для ручной дуговой сварки. Технические условия;
ДСТУ 2456-94 Зварювания дугове i електрошлакове. Вимоги безпеки;
СанПин 2.2.1/2.1.1.1031-01 Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов;
СанПин 2.1.7.1322-03 Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления;
ГН 2.2.5.1827 03 ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
Гигиенические нормативы;
СанПин 2.2.0.555 96 Гигиенические требования к условиям труда женщин;
СанПин 2.2.4.548-96 Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений;
СП 2.2.2.1327 03 Гигиенические требования к организации технологических процессов, производственному оборудованию и рабочему инструменту;
СП 2.6.1.758-99 (НРБ-99) Нормы радиационной безопасности;
СП 2.2.3.1384-03 Гигиенические требования к организации строительного производства и строительских работ.
451
Список литературы
1. Битинская Л. Н. Деятельность Н.Г.Славянова в оценках его современников // Сварочное пр-во. — 1988. — №10. — С. 1-6.
2. Мусин Р. А. 150 лет Н. Г. Славянову — создателю дуговой сварки плавящимся электродом // Сварочное пр-во. - 2004. — №4. — С. 3-11.
3. Корниенко А. Н. На пути к созданию покрытых электродов // Автоматическая сварка. — 1996. — №10. — С. 45-53.
4. Игнатченко П. В., Бугай А. И. 15 лет Ассоциации «Электрод» и анализ состояния производства сварочных материалов в странах СНГ за 2000 2004 годы //Автоматическая сварка. — 2005. — №12. — С. 29-33.
5. Сидлин 3. А. Производство сварочных электродов в СНГ // Сварочное пр-во. - 2002. - №6. - С. 47-50.
6. Сидлин 3. А. История электродного производства. Библиотечка Ротек-са. - М.: 2004. - Вып. 13. - 19 с.
7. Игнатченко П. В., Бугай А. И. О некоторых тенденциях развития производства сварочных материалов и сырьевых компонентов //Автоматическая сварка. — 2005. — №3. — С. 38-41.
8. Сидлин 3. А. Электродное производство в России // Сварочное пр-во. - 2005. - №10. - С. 35-37.
9. Сидлин 3. А., Тарлинский В. Д. Современные типы покрытых электродов и их применение для дуговой сварки сталей. — М.: Машиностроение, 1984. — 64 с.
10. Василишин С. А. Правка электродной проволоки на автоматах // Автоматическая сварка. — 2001. — №5. — С. 46-48.
11. Бухер Н. М. Правильно-отрезные автоматы для электродов // Кузнечно-штамповочное пр-во. — 1977. — №6. — С. 16-17.
12. Шипанов Б.А., Бондаренко В.Г. Автомат для правки и разрезки проволоки // Кузнечно-штамповочное пр-во. — 1989. — №10. — С. 28-29.
13. Максимюк С.З. Правильно-отрезной станок АР-03М // Сварщик. — 2001. - №2 (8) - С. 4.
14. Рекламные проспекты фирм «Вафиос» и «Эсаб».
16. Гнатенко М. Ф. Комплексный подход к обеспечению высокого качества изготовления электродов // Автоматическая сварка. — 2002. — №11.-С. 46-47.
17. Федько В. Т„ Бубенщиков Ю. М., Щербинин С. В. Применение средств механизации при подготовке проволоки к сварке. // Сварочное пр-во. — 2002. — №7. — С. 42-44.
18. Жирнова Т. И., Лебедев Н. М. Ультразвуковые технологии и оборудование для сталепрокатного и {варочного производства // Металлические электроды для сварки и наплавки. Библиотечка Ротекса. - М.: 2002. - Вып. 10 - С. 41-44.
19. Использование ультразвуковой очистки на предприятиях электродной промышленности / Н. М. Лебедев, Т. И. Жирнова, Г. М. Негаев и др. //
452
Сварочные материалы. Разработка. Производство. Оборудование. Качество. - К.: 2003 - С. 67-70.
20. Михайлицын С. В., Точилкина А. Ф. Правка проволоки для сварочных электродов // Черная металлургия. — 1983. — №21. — С.41-42.
21. Рахимов К.З., Пацекин В.П., Шевелева Ф.А. Передовой опыт в производстве сварочных материалов. Бюлл. НТИ «Черн. мет.» — М.: Чер-метинформация, 1983. — № 22 (954) — С. 57-60.
22. Эль А. И. Технология и оборудование подготовки шихтовых материалов при производстве порошковой проволоки // Проблемы сварки порошковой проволокой. — К: Наукова думка, 1986. — С. 128-133.
23. Номенклатурный перечень изделий ОАО «Дробмаш». — Выкса, 1996 - 20 с.
24. Дробилки. Конструкция, расчет, особенности эксплуатации / Клушан-цев Б.В. и др. — М.: Машиностроение, 1990.
25. Опыт применения виброщековых дробилок для переработки ферросплавов / В. Я. Туркин, С. В. Казаков, В. А. Арсентьев и др. // Сталь. — 2005,-№11.-С. 63-64.
26. Технология измельчения ферросплавов с использованием конусного инерционного измельчителя / Г. А. Денисов, А. А. Арделян, А. П. Заро-гатский и др. // Металлургические и технологические проблемы электродов с основным покрытием. — К.: Наукова думка. 1989. — С. 140-146.
27. Авдеев А. Н. Создание современного дробильно-размольного комплекса / Электродное производство на пороге нового тысячелетия. — Череповец: 2000. — С. 162-165.
28. Справочник вибрационного оборудоваиия/М.: ТОО «Консит», 1993. — 230 с.
29. Андриевский Е. А. Порошковое материаловедение. — М.: Металлургия, 1991. — 205 с.
30. Давыденко И. Д., Носенко А. И., Винников А. И. Совместный помол компонентов электродных покрытий // Сварочное пр-во. — 1971. — №1.
31. Носенко А. И. Разработка и исследование процесса совместного размола шихтовых материалов электродных покрытий: Автореферат диссертации. — Л.: ЛПИ, 1981. — 23 с.
32. Червоненко А. Г., Гольдин А. А., Сансиев В. Г. Грохот для электродных порошкообразных материалов // Сварочное пр-во.— 1985.— №1,-С. 31-32.
33. 0 проблеме взрывоопасности при измельчении ферросплавов / Ней-ков О.Д., Недин В.В., Васильева Г.И. и др. // Сб. тез. докл. Всесоюзной конференции по сварочным материалам. — К.: 1979. — С. 56-57.
34. Зутлер И. Краеугольный шар экономики // Металлоснабжение и сбыт. - 2006. - № 5. - С. 50-53.
35. Михайлицын С. В., Зверева И. Н., Латыпова Н. К. Усовершенствование состава покрытия электродов Т-590 / Сварочные материалы. Разработка. Технология. Производство. Качество. — Днепропетровск: 2004. - С. 95-98.
36. Шумяков В.И., Табачников А.С. Предложения по совершенствованию технологии производства сварочных электродов в ОАО «ММКЗ» / Дуговая сварка. Материалы и качество. — Магнитогорск: 2005. — С. 27-30.
37. Крюковский Н. Н. Производство электродов для дуговой сварки. — М.: Машгиз, 1956. — 278 с.
453
38. Сидлин 3. А., Сорокин Л. И. Влияние содержания мрамора в электродном покрытии на свойства жаропрочного наплавленного металла // Сварочное пр-во. — 1977. — № 1. — С. 22-26.
39. Петров Г. Л. Сварочные материалы. — Л.: Машиностроение, 1972. — 201 с.
40. Модернизация состава покрытия низководородных электродов для судостроительной промышленности с учетом дефицита ферромарганца / Н. В. Скорина, А. Е. Марченко, Г. М. Иващенко и др. // Новые сварочные и наплавочные материалы и их применение в промышленности. — С.-Петербург.: ЛДНТП, 1992. - С. 24-29.
41. Скорина Н, В., Марченко А. Е. Исследование химической активности ферросплавов в жидком стекле // Дуговая сварка. Материалы и качество. — Магнитогорск: 2005. - С. 31-33.
42. Кирилюк Г. А., Щур С. А., Новак В. И. Производство порошковой проволоки и электродов в Дубровицком ООО «Агротехсервис» // Автоматическая сварка. — 2000. — № 8. — С. 51-52.
43. Корнеев В. И., Данилов В. В. Жидкое и растворимое стекло. - С.-Петербург: Стройиздат, 1996. — 216 с.
44. Скорина Н. В. Литиевые жидкие стекла в производстве электродов с основным покрытием // Дуговая сварка. Материалы и качество на рубеже 21 века. — Орел: 2001. — С. 84-85.
45. Марченко А. Е., Скорина Н. В. Комбинированные щелочные силикаты в производстве низководородистых электродов // Металлургические и технологические проблемы электродов с основным покрытием. — К.: Наукова думка, 1989. — С. 124-129.
46. Скорина Н.В., Марченко А.Е. Взаимосвязь модуля, плотности и вязкости комбинированных жидких стекол // Сварщик. — 2001. — №6. — С. 40-41.
47. Марченко А.Е., Скорина Н.В. Проблемы качества жидкого стекла в производстве сварочных электродов. // Сварщик. — 2003. — № 3(31). — С. 31-33.
48. Скорина Н.В., Марченко А.Е., Косенко П.А. Расчеты и практические приемы доводки физико-химических характеристик жидких стекол в электродном производстве // Сварщик. — 2001. — №5 (21). — С. 35-37.
49. Исследование вязкости жидких стекол при давлении опрессовки электродов / А. Е.Марченко, Н. В. Скорина, 3. А. Сидлин и др. // Новые сварочные и наплавочные материалы и их применение в промышленности. ЛДНТП. — С.-Петербург: 2002. — С. 43-49.
50. Скорина Н.В., Марченко А.Е. Жидкое стекло: обеспечение качества сварочных электродов // Сварщик. — № 5 (51). — 2006. — С. 33-37.
51. Темникова Т. В., Метерский В. Я., Гордин С. О. Влияние температуры на физические параметры раствора калиево-натриевого жидкого стекла // Сварочное пр-во. — 2005. -№9.- С. 49-51.
52. Исследование смачиваемости компонентов шихт электродных покрытий / Е. В. Терликовский, В. Г. Сальник, Т. В. Словиновский и др. // Тез. докл. 7 Всесоюзной конференции по сварочным материалам. — К.: 1987.-С. 147-149.
53. Технология производства сварочных электродов с использованием технического жидкого стекла / И. С. Кузнецов, Б. М. Лебошкин, А. Ю. Про-някин и др. // Сварочное пр-во. — 2002. — № 7. — С. 38-39.
454
54. Кравченко С. В., Чистополова А. С. Определение плотности жидкого стекла при растворении силикат-глыбы в электродном производстве // Сварочное пр-во. — 2002. — № 6. — С. 29-30.
55. Вишневский А. Ан., Вишневский А. А., Балин А. Н. Технология получения жидкого стекла для производства сварочных электродов // Сварочное пр-во. — 2005. — № 2. — С. 45-46.
56. Вишневский А. Ан. Растворение щелочных силикатов при получении жидкого стекла безавтоклавным способом: Автореферат диссертации. — Екатеринбург: 2006. — 28 с.
57. Гнатенко М. Ф., Булат А. В., Кузнецов Е. П. Совершенствование технологии приготовления жидкого стекла // Дуговая сварка. Материалы и качество на рубеже 21 века. — Орел: 2001. — С. 86.
58. Силин А. Ю., Скорина Н. В., Марченко А. Е. Изучение возможности применения порошков гидратированных силикатов для производства сварочных электродов. // Сб. докл. 10 Всесоюзной конференции по сварочным материалам. Часть 3. — Краснодар: 1990. — С. 97-102.
59. Михайлицин С. В. Изготовление жидкого стекла с фильтрацией // Сварочные материалы. Разработка. Производство. Оборудование. Качество. — Киев: 2003. — С. 79-84.
60. Рахманов А.Д., Сидлин З.А. Некоторые вопросы технологии изготовления электродов // Металлургические и технологические проблемы электродов с основным покрытием. — Киев: Наукова думка, 1989. — С. 119-124.
61. Сидлин 3. А., Рахманов А. Д. Изготовление покрытых электродов для ручной дуговой сварки // Сварочные материалы для дуговой сварки / Под ред. Н.Н. Потапова. — М.: Машиностроение, 1993. — Т.2. — С. 652-754.
62. Каталымов А. В., Любартович В. А. Дозирование сыпучих и вязких материалов. — Л.: Химия, 1990. — 240 с.
63. Репкин Ю. А. Трубчатые дозаторы сыпучих материалов // Химическое и нефтяное машиностроение. — 1989. — № 10. — С. 4-7.
64. Лукьянов П. И. Аппараты с движущимся зернистым слоем. — М.: Машиностроение, 1974.
65. Шебанов А. М., Бессарабов И. Н. Автоматизация процесса составления шихты для производства сварочных электродов — решаемая техническая задача // Сварщик. — 1999. — №4 (8). — С. 12-13.
66. Новое оборудование ООО «Ротскс» для производства высококачественных электродов / О. В. Дзюба, В. М. Дзюба, В. М. Овчинников, А. Е. Будько // Сварочные материалы. Разработка. Производство. Оборудование. Качество. — К.: 2003. — С. 57-64.
67. Шлепаков В. Н. Автоматизированное оборудование для производства порошковой проволоки. // Дуговая сварка. Материалы и качество на рубеже 21 века. — Орел: 2001. — С. 64-67.
68. Контроль точности дозировки сухой шихты в электродном производстве с использованием рентгеноспектрального анализа и статистических методов / И. К. Походня, В. И. Карманов, И. Р. Явдощин и др. // Автоматическая сварка. — 1991. — №2. — С. 50-54.
69. Макаров Ю. И., Сальникова Г. Д. Основные тенденции совершенствования оборудования для смешивания сыпучих материалов // Химическое и нефтяное машиностроение. — 1993. — №10. — С. 5-8.
455
70. Карманов В. И. Аналитический контроль в производстве сварочных материалов // Металлургические и технологические проблемы сварки порошковой проволокой. — К.: Наукова думка, 1986. — С. 117-123.
71. Рис Г. Б. Способы смешивания и окомкования руд для плавки и вторичного сырья для рециклинга. Машиненфабрик Густав Айрих. — Хардхейм: 2002. — 12 с.
72. Соколов Е. В. Электроды с качественным покрытием и их производство // Автогенное дело. — 1950. — № 11. — С. 26-30.
73. О природе пластифицирующего действия карбоксиметилцеллюлозы в электродных покрытиях / А. Е. Марченко. Н. В. Скорипа. В. II. Костюченко, М. В. Прокофьева // Международная научно-техническая конференция «Металлургия сварки и сварочные материалы». — С.-Петербург: СПГТУ, 1993. - С. 93 97.
74. Кураш 3. Ш., Лосева Н. С. Выбор пластификаторов для высоколегированных электродов с низким содержанием углерода в наплавленном металле // Повышение эффективности использования металла в метизном производстве. — М.: Металлургия. 1983. — С. 73-75.
75. Рахманов А. Д., Кураш 3. Ш. Методы повышения рабочих характеристик обмазочных масс электродов специального назначения // Технология производства экономных видов метизов. — М.: Металлургия, 1986.-С. 41-44.
76. О пластификации обмазочных масс фтористо-кальциевых электродов / А. В. Баранов, Ю. Д. Брусницын, Л. В. Грищенко и др. // Электродное производство на пороге нового тысячелетия. — Череповец: 2000 — С. 60-61.
77. Хадиков А. В. Оборудование для производства электродов // Металлические электроды для сварки и наплавки. Материалы конференции. — М.: АО «Снецэлектрод», 1997. — С. 31-35.
78. Интенсивный смеситель фирмы «Айрих» типа R. Проспект фирмы N MR 1365-2—ru. - 2005. - 16 с.
79. Походня И. К., Карманов В. И., Селиверстенко С. И. Аналитический контроль в производстве сварочных материалов и сертификации производства // Состояние и перспективы развития сварочных материалов в странах СНГ. — М.: АЭ, 1998. - С. 207-209.
80. Сидлин 3. А., Карманов В. И., Селиверстенко С. И. Технологический контроль качества приготовления шихт электродов специального назначения методами рентгеноспектрального анализа // Международная научно-техническая конференция «Металлургия сварки и сварочные материалы». — С.-Петербург: СПГТУ, 1993. — С. 103-105.
81. Карманов В. И., Сидлин 3. А. Методика оперативного рентгеноспектрального контроля состава шихт электродов для сварки сталей // Сварочное пр-во. - 2000. — № И. — С. 39-41.
82. Боченин В. И. Оперативный способ контроля химического состава шихты для сварочных материалов // Сварочное пр-во. — 2006. — №5.-С. 41-44.
83. Проспекты фирм-производителей электродоизготавливающего оборудования.
84. Меркулов Г. С., Полунин А. М. Экономичный автоматизированный пресс ОСЗ-ЗМ для опрессовки сварочных электродов // Экономия ре
456
сурсов в производстве и потреблении металлоизделий. — М.: Металлургия, 1989. — С. 30-32.
85. Сидлин 3. А., Гольдинберг П.И, Ветров Д. В. Автоматизация производства сварочных материалов — повышение стабильности качества // Сварочное пр-во. - 2008. — №2. — С. 37-39.
86. Кузнецов А. Г., Маншилин С. В. Модернизация электродообмазочных агрегатов // Сварочное пр-во. — 2000. — № 2.
87. Савинов В. А. Расчет основных размерных и кинетических параметров зачистных машин // Сварочное пр-во. — 2000. — № 9. — С. 23 26.
88. Шелепов Е. П. Кинетика провяливания сварочных электродов // Конструкции и строительство тепловых агрегатов. ВНИПИТеплопро-ект. - М.: 1984. - С. 115-119.
89. Дятлов Г. В., Супрун С. А. Исследование причин растрескивания электродного покрытия рутил-алюмосиликатного типа // Тез. докл. 7-й Всесоюз. конферен. по сварочным материалам. - К.: 1987. — С. 135 136.
90. Гнатенко М. Ф. Совершенствование технологии термообработки покрытых сварочных электродов // Автоматическая сварка. — 2005. — №7.- С. 61-62.
91. Особенности обезводороживапия электродных покрытий, содержащих органические пластификаторы / А. Е. Марченко, И. Р. Явдощин, Б. В. Юрлов и др. // Всесоюз. конф, по сварочным материалам: Тез. докл. — К., 1979. — С. 53-55.
92. Михайлицын С. В., Феоктистов В. В., Точилкина А. Ф. Термообработка электродов с основным видом покрытия // Технология производства экономичных видов метизов. — М.: Металлургия, 1986. — С. 38-40.
93. Шелепов Е. П. Печи КСП для термической обработки сварочных электродов // Сварочное пр-во. — 2002. -- № 8. — С. 43-45.
94. Шелепов Е. П. Конвейерная печь КОЗ-12 для термической обработки сварочных электродов // Сварочное пр-во. — 2000. — № 7. — С. 40-43.
95. Шелепов Е. П. Печь Г-232 для термической обработки сварочных электродов // Сварочное пр-во. — 2000. — № 11. — С. 42-45.
96. Шелепов Е. П. Печи ППТК-15 и Г-233 для термической обработки сварочных электродов // Сварочное пр-во. — 2002. — № 10. - С. 42-45.
97. Печи для сушки сварочных электродов // Сварщик. — 2005. — № 5(45). - С. 5.
98. Шелепов Е. П. Энергозатраты в печах для сушки и прокалки сварочных электродов // Сварочное производство. — Ч.1., 2006. -№5.- С. 20-25; Ч.2., 2006. - № 6. - С. 25-31.
99. Скорина Н. В., Марченко А. Е. Понижение гигроскопичности электродных покрытий комплексными связующими и технологическими добавками // Новые сварочные и наплавочные материалы и их Применение в промышленности. — С.-Петербург: 1992. — С. 36-42.
100. Сварочные материалы. Разработка. Производство. Оборудование. Качество. — К.: 2003. — С. 89- 115.
ЮЕЖизняков С. Н., Сидлин 3. А. Ручная дуговая сварка покрытыми электродами строительных конструкций. // Библиотечка Ротекса. — М.: — 2001. — Вып. 4. — 46 с.
102. Система качества на Сычевском электродном заводе / А. А. Апостолов, Е. Д. Никандров, В. А. Щеголев, А. А. Ватолин // Надежность и
457
сертификация оборудования для нефти и газа. — 2000. — № 4. — С. 31 33.
103. Сидлин 3. Л. К вопросу о качестве современных отечественных электродов для ручной дуговой сварки // Сварочное пр-во, 2007. — №12. — С. 32-34.
104. Сидлин 3. А. Современные ильменитовые электроды // Сварочное пр-во. — 2002. — № 1. - С. 33-38.
105. Проценко II. А. Выбор поставщиков сварочных материалов // Автоматическая сварка. — 2002. — № 11. — С. 42-45.
106. «Инструкция о порядке приемки продукции производственно-технического назначения и товаров народного потребления по качеству» Госарбитража при СМ СССР от 25 апреля 1966 г. № П 7.
107. Анализ технологической подготовки производства по показателю раз-нотолщинности электродного покрытия / И. Н. Ворповицкий, 3. А. Сидлин, Ю. П. Адлер, Б. В. Семендяев // Сварочное пр-во. — 1991,-№7. - С. 22-26.
108. Ворповицкий И. Н. Управление качеством сварочных электродов в процессе их изготовления. — М.: ИКАР, 2001. — ПО с.
109. Ерохин А. А., Сидлин 3. А. Расчет разбавления аустенитных наплавок основным металлом при испытании электродов // Сварочное пр-во. - 1968. - № 6. - С. 24-25.
ПО. Берт Т. В., Кочсврина Е. А., Соколов Е. В. Экспериментальная оценка отечественных электродов по классификации МИС // Сварочное пр-во. — 1970. — № 12. — С. 16-18.
111. Троицкий В. И., Ядченко Ю. Г. Пути управления качеством сварочных электродов в отрасли // Резервы повышения эффективности сварочного производства. — К.: ИЭС им. Е. О. Патона, 1987. — С. 111-119.
112. Сидлин 3. А. Концепция технологии производства электродов специального назначения // Сварочное пр-во. — 1994. — № 9. — С. 5-7.
ИЗ. Ворповицкий И. Н., Гельперн С. А., Семендяев Б. В. Влияние технологических условий производства па разнотолщинность покрытия электродов. — Л. ЛДНТП: 1990. — 20 с.
114. Сидлин 3. А. Система обеспечения качества при изготовлении сварочных электродов специального назначения // Сварочное пр-во. — 1996. - № 9. - С. 4-5.
115. Семендяев Б. В., Кучерова М. И. Опыт внедрения системы управления качеством в производстве сварочных электродов // Сварочное производство. — 1999. — № 6. — С. 40-42.
116. Марченко А. Е., Тараборкин Л. А., Косенко П. А. Анализ интегрального показателя качества электродов статистическими методами // Электродное производство на пороге нового тысячелетия. — Череповец: 2000.- С. 109-115.
117. Семендяев Б. В. Современный подход к производству — удовлетворение требований потребителей на базе действующей системы качества // Сварщик. — 2001. — № 5 (21). — С. 44-45.
118. Ворновицкий И. Н. Показатели качества электродов // Автоматическая сварка. — 2002. — № 11. — С. 48-50.
119. Ворновицкий И. Н. Влияние технологии изготовления на качество сварочных электродов.// Технология машиностроения. — 2002.— №5. - С. 23-26.
458
120. Сулима В. В., Кучерова М. И. Обеспечение стабильного уровня качества сварочных электродов // Автоматическая сварка. 2002. — №11,- С. 38-41.
121. Марченко А. Е. Стандарты ИСО серии 9000:2000 - базис для улучшения качества сварочных электродов // Автоматическая сварка. — 2002. — № 11.-С. 30-37.
122. Электродное производство в ОАО «Сумское НПО им. М.В.Фрунзе» / Г. М. Шеленков, Э. А. Цимбал, П. Н. Погребной и др. // Сварщик. — 2005. — № 1(41).-С. 28-31.
123. Марченко А. Е. Технология как объект и инструмент менеджмента качества в производстве сварочных электродов // Автоматическая сварка. — 2005. — № 12. — С. 33-41.
124. Марченко А. Е. Процессорный подход в системах менеджмента качества электродного производства по ISO 9000:2000 // Сварочное производство. — 2007. — № 6. — С. 40-46.
125. 0 проблеме взрывоопасности при измельчении ферросплавов / О. Д. Нейков, А. Е. Марченко, В. В. Недин и др. // Труды Всесоюзной конференции по сварочным материалам. — К.: Наукова думка, 1982. — С. 167-172.
126. Гридин А. А., Толешов А. К., Серебрякова В.В. Взрывоопасность процессов подготовки компонентов обмазочной массы.// Научные труды МИСиС. - М„ 1983. - № 151. - С. 9-13.
127. Бабайцсв И. В., Карнаух Н. Н., Толешов А. К. Определение взрывоопасности порошков ферросилиция // Черная металлургия. Чер-метинформация. — 1983., вып. 18 (950). — С. 48.
128. Бабайцев И. В., Гридин А. А., Толешов А. К. Воспламеняемость порошков ферросплавов, используемых при изготовлении сварочных электродов // Тезисы И Всесоюзной научной конференции «Пожаровзрывобезопасность производственных процессов в металлургии». — М.: 1983. - С. 179-182.
129. Радиационная оценка новых сварочных материалов на основе сырья Карело-Кольского региона / А. И. Николаев, Н. А. Мельник, В. Б. Петров и др. // Сварочное пр-во. — 2000. — № 1. — С. 50-53.
130. Левченко О. Г. Г игиенические показатели сварочных аэрозолей // Сварщик. — 2006. — № 4 (50). — С. 38-39.
131. Левченко О. Г. Гигиеническая характеристика сварки покрытыми электродами // Сварщик. — 2006. — № 5 (51). — С. 48-49.
132. Левченко О. Г., Метлицкий В. А. Требования безопасности при сварке покрытыми электродами. // Сварщик. — 1998. — №3 — С. 32-33.
133. Левченко О. Г. Совершенствование методов и средств защиты от сварочных аэрозолей // Автоматическая сварка.— 2001,— №6.— С. 27-33.
134. Банк данных сварочных аэрозолей / В. Ф. Демченко, О. Г. Левченко, В. А. Метлицкий, С. С. Козлитина // Сварщик. - 2000. — № 4. — С. 29.
135. Безопасность труда в электродном производстве (справочное пособие) под ред. 3. А. Сидлина.// Библиотечка Ротекса. — М.: — 2001. — №2. - 56 с.
459
Содержание
Предисловие...........................................................3
Глава 1. История электродного производства............................5
Роль и значение электродов в сварочном производстве..............5
Сведения из истории производства покрытых металлических электродов в СССР..........................................................10
Производство электродов на постсоветском пространстве...........17
Общее представление о технологии изготовления электродов........22
Глава 2. Покрытые электроды для сварки и наплавки....................24
Общие сведения..................................................24
Общие технические требования к электродам.......................26
Классификация электродов по стандартам..........................33
Условное обозначение электродов.................................52
Глава 3. Основные процессы, протекающие при ручной дуговой сварке.....63
Процессы в сварочной дуге.......................................63
Электрическая дуговая сварка на постоянном токе.................63
Металлургические процессы при сварке покрытыми электродами......76
Особенности различных видов электродных покрытий................85
Влияние вида покрытия на качество наплавленного металла.........85
Пористость сварных швов.........................................93
Легирование и рафинирование наплавленного металла...............97
Глава 4. Материалы для производства электродов......................100
Электродная сварочная проволока................................100
Общие сведения о компонентах электродных покрытий..............107
Складирование и хранение материалов для покрытий...............117
Глава 5. Переработка сварочной проволоки............................ 122
Изготовление электродных стержней..............................122
Требования к готовым стержням..................................140
Глава 6. Переработка материалов электродных покрытий................143
Технологическая схема переработки материалов...................143
Подготовительные операции......................................149
Измельчение материалов.........................................154
Классификация измельченных материалов..........................177
Особенности переработки некоторых материалов...................190
Требования к гранулометрическому составу измельченных материалов ... 192
Способы снижения активности (пассивирование) порошковых материалов.. 202
Глава 7. Разварка силикатной глыбы и приготовление растворов жидких стекол...................................................207
Общие сведения о жидком стекле.................................207
Растворение силикатной глыбы...................................213
460
Физико-химические свойства растворов жидкого стекла............214
Взаимодействие растворов жидкого стекла с компонентами электродных покрытий...........................................224
Способы растворения силикатной глыбы и применяемое оборудование.... 227
Подготовка жидкого стекла к применению.........................239
Глава 8. Приготовление сухой шихты..................................247
Подготовка рецептуры конкретной партии электродов..............248
Весовая дозировка компонентов шихты............................253
Перемешивание, контрольный просев и хранение сухой шихты.......265
Глава 9. Приготовление обмазочной массы.............................270
Требования, предъявляемые к обмазочной массе...................270
Оборудование для приготовления обмазочной массы................276
Процесс приготовления обмазочной массы.........................281
Глава 10. Нанесение покрытия на стержни.............................287
Технологическая схема процесса нанесения покрытия методом опрессовки .. 287
Брикетирование обмазочной массы................................289
Прутковые питатели........................................... 291
Электродообмазочные прессы.....................................294
Приемопередающий транспортер...................................305
Зачистная машина...............................................307
Подготовка и наладка оборудования..............................312
Рекуперация электродов.........................................320
Глава 11. Термообработка электродов.................................323
Назначение термообработки. Требования к покрытию электродов после термообработки...........................................323
Теоретические основы сушки электродов..........................327
Способы нагрева, укладки и транспортировки электродов..........332
Оборудование для термообработки электродов.....................335
Энергозатраты на термообработку электродов.....................366
Глава 12. Сортировка и упаковка электродов..........................370
Сортировка электродов..........................................370
Упаковка электродов............................................371
Хранение электродов............................................378
Глава 13. Управление качеством в электродном производстве...........379
Взаимосвязь качества электродов и качества сварных соединений..379
Управление качеством при изготовлении электродов...............387
Сертификация электродов........................................390
Организация контроля.......................................... 394
Контроль качества готовых электродов...........................399
Глава 14. Безопасность и охрана труда в электродном производстве....426
Виды работ, представляющие повышенную опасность. Обшие требования по безопасности труда.........................426
Организация безопасного труда с учетом специфики электродного производства...................................................^31
Требования безопасности при сварке покрытыми электродами.......440
Технические нормативы по санитарно-гигиеническим условиям труда .... 448
Список литературы...................................................^52
461
Науково-тсхючне видання
С1ДЛ1Н Зиновш Абрамович ВИРОБНИЦТВО ЕЛЕКТРОД1В ДЛЯ РУЧНОГО ДУГОВОГО ЗВАРЮВАННЯ (росшською мовою)
Редактор Е. М. Юрлова
Графика С. Р. Хевоян Верстка Т. Д. Пашигорова
Детально описано Bci стадн технолопчного пронесу виробництва металевих покрптпх електрод!в для ручного дугового зварюванпя, матер!али й устатку-вання, що застосовуються. Дапо теоретичш основи процеов, що прот1как>ть як при виготовленш, так i при застосуванш електрод!в. Особливу увагу при/цлено питаниям забезпечення якоеп продукцн.
Книга призпачсна для шженерно-техшчного персоналу, майстр1в i po6iT ни к! в електродних виробництв, може бути використана для шдивщуальноТ шдготовки роб1тник1в на виробницгвь для шдвищепня квал!ф!кацп працюючих.
Выписано до друку 14.04.2009. Формат 60x84/16. Патр офсетний. Гарин ура PetersburgC. Офсетний друк. Умов. друк. арк. 26,97. Облпс-вид. арк. 17,15. Тираж 1000 прим. Зам. № 9423.
ДВП «Екотехнолопя». Свхдоцтво № 14288312 в!д 04.07.97.
Свщоцтво про внесения до державного реестру видавфв, вигоДвншав i розповсюджувачгв видавничо! продукт! ДК № 1052. 03150 Кшв. вул. Антоновича (Горького), 62.
ЗАТ «Вшол^. Свщоцтво № 752 в!д 28.08.2001.
03151, Ки!в, вул. Волинська, 60.
КЗ ОООЭЛЕНТРОДСЕРВИС
российский производитель сварочных элекцк>дов
гем
Предприятие и его продукция зарегистрированы'в °“1истр качества ГОСТ Р (per. № РОСС RU.OC 11Г^)5^ на требованиям ISO 9001-2001 имеет:
4- лицензии ГАН на изготовление электродов для атомных станций (per. № ЦО-12-101-32Д9); ’
♦ положительные санитарно-эпидемирлой#чв^^4 заключения на выпускаемые электроды/,,и условия их производства; ф -
4- 38 свидетельств НАКС об аттестаций электродов' на соответствие требованиям Ростехнадзора.
ООО «Электродсервис» является членом Ассоциации «Элект^оЛ" предприятий СНГ. ]
Предприятие, созданное в 1997 г., ра< пОлрж.Йоо Щеткою ком рдй- / оне Московской области на собственной «фомййи ленной площад*-* ; и выпускает около 110 марок электродов: >ч/: «
♦ для сварки углеродистых и (гизком^ирч^ищых кои- ; струкционных сталей;
4 для сварки легированных конструкцией (нс ж сг.т о-и;
4 для сварки легированных теплоустойчивых сталей;
4 для сцвркц/йысоколегированных сталей;
„ '-4 ДАЯ^П^Й и
♦ д л#'сварки Я наплавки чугуна;
•4 для Д и наплавки цветных металлов;
и металлов и сплавов.
Специализацией Id явлЛется производство высоколегированных электродов — £емы вйпуска и продаж составляют 70%.
Потребителям пр-^укции завода являются российские предприятия б ПК, атомной и тепловой энергетики, химического машиностроения, химпрома, промышленности минудобрений, РЖД, предприятия стран СНГ.
ООО «Электродсервис»
' 111123, г. Москва, ул. 1-я Владимирская, д. 10А, стр. 1 тел./факс (495) 518-96-19 www.electrod.ru
Издательство «Экотехнология» предлагает:
Название..............................Цена (грн.)
В. М. Бернадський, О. С. Осика, Л. О. Симоненко, Л. С. Фйюненко. Росшсько-украшський словник зварювально? термшологп.
Украшсько-росшський словник зварювально! термшологп. 2001. — 224 с.. .30
В. И. Лакомский, М. А. Фридман. Плазменно-дуговая сварка углеродных материалов с металлами. 2004. — 196 с................24
И. А. Рябцев. Наплавка деталей машин и механизмов. 2004. — 160 с...20
А. А. Кайдалов. Электронно-лучевая сварка и смежные технологии.
Издание 2-е, переработанное и дополненное. 2004. — 260 с........60
О. С. Осика, Н. Г. Хоменко, Л. С. Фйюненко, Л. О. Симоненко.
Англо-украшський словник зварювально! термшологп.
Украшсько-англшський словник зварювально? термшологп. 2005. — 256 с. .40
В. М. Корж. Газотерм1чна обробка матер!ал1в.
Навчальний поабник. 2005. 196 с.................................40
В. Я. Кононенко. Газовая сварка и резка. 2005. — 208 с..........50
С. Т. Римский. Руководство по технологии механизированной сварки в защитных газах. 2006. — 60 с..................................20
С. Н. Жизняков, 3. А. Сидлин. Ручная дуговая сварка.
Материалы. Оборудование. Технология. 2006. — 368 с..............60
А. Я. Ищенко, Т. М. Лабур, В. Н. Вернадский, О. К. Маковецкая. Алюминий и его сплавы в современных сварных конструкциях. 2006. 112 с. с илл. .. .30 П. М. Корольков. Термическая обработка сварных соединений.
3-е издание, переработанное и дополненное. 2006. - 176 с........40
А. Е. Анохов, П. М. Корольков. Сварка и термическая обработка в энергетике. 2006. — 320 с.....................................40
Г. И. Лащенко. Способы дуговой сварки стали плавящимся электродом.
2006. - 384 с...................................................50
А. А. Кайдалов. Современные технологии термической и дистанционной резки конструкционных материалов. 2007. — 456 с.................50
П. В. Гладкий, Е. Ф. Переплетчиков, И. А. Рябцев. Плазменная наплавка. 2007. — 292 с..............................50
А. Г. Потапьевский. Сварка в защитных газах плавящимся электродом.
Ч. 1. Сварка в активных газах. Издание 2-е, перераб. 2007. — 192 с.50
Г. И. Лащенко, Ю. В. Демченко. Энергосберегающие технологии послесварочной обработки металлоконструкций. 2008. — 168 с......40
£. Е. Патон, И. И. Заруба, В. В. Дыменко, А. Ф. Шатан.
Сварочные источники питания с импульсной стабилизацией горения дуги.
2008. 248 с.................................................... 50
Книги можно заказать в издательстве «Экотехнояогия» по адресу: 03150 Киев, ул. Горького, 66 или по тел./ф.: (044) 287-6502.
Цены на книги указаны без учета НДС и стоимости доставки.