ПАССИВИРОВАНИЕ ФЕРРОСПЛАВОВ В ЭЛЕКТРОДНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ (1956 год)

ГЛАВА V ПОДГОТОВКА КОМПОНЕНТОВ ЭЛЕКТРОДНЫХ ПОКРЫТИЙ (1956 год)

ПАССИВИРОВАНИЕ ФЕРРОСПЛАВОВ В ЭЛЕКТРОДНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ (1956 год)

В электродных покрытиях ферромарганец и ферросилиций, так же как и остальные компоненты, применяются в тонкоизмельченном виде. Во время изготовления замесов на жидком стекле между ферросплавами и водным раствором щелочей, содержащихся в жидком стекле, протекают химические реакции.

Реакция между порошками ферромарганца и ферросилиция может проходить также и при смачивании этих ферросплавов чистой водой.

Необходимо иметь в виду, что при переизмельчении ферромарганца и ферросилиция суммарная контактная поверхность зерен увеличивается и реакция между ферросплавами и водным раствором щелочей начинает протекать более бурно.

Замечено, что реакция ускоряется с повышением в ферромарганце и ферросилиции содержания кремния и с повышением температуры.

Некоторые сорта ферромарганца и ферросилиция в целях предотвращения возникновения реакций не должны применяться в электродообмазочных массах без соответствующей предварительной подготовки и обработки.

В результате возникновения химических реакций внутри электродообмазочной массы происходит разложение содержащейся в ней воды на водород и кислород, образуются газы типа метана и масса вспучивается, повышается ее температура, происходит быстрое высыхание электродообмазочной массы и теряется эластичность.

Из промышленных сортов ферросплавов особо высокой активностью обладают малоуглеродистый и среднеуглеродистый ферромарганец и 75%-ный ферросилиций.

Такие ферросплавы, будучи измельчены в порошок, легко окисляются в присутствии водяных паров даже на воздухе, покрываясь при этом тонкой пленкой окислов. Эта пленка предохраняет каждую крупинку ферросплава от дальнейшего окисления, но она легко может быть растворена или разрушена механическим воздействием, что повлечет за собой возникновение процесса окисления.

На использовании образовавшейся тонкой защитной пленки из окислов основан технологический процесс пассивирования.

В процессе пассивирования имеют место следующие реакции:

О количестве выделяемых газов при взаимодействии малоуглеродистого ферромарганца с водой можно судить по опытам проф. Курнакова [6]: навеска электропечного ферромарганца весом

40 г при воздействии на 200 г воды образует 3,2 л газа. В составе выделившегося газа был обнаружен кислород, водород, метан и тяжелые углеводороды.

Ввиду того что с утонением помола, а следовательно с увеличением контактной поверхности зерен, скорость протекания реакции увеличивается, важно следить за тем, чтобы ферросплавы не переизмельчались. Поэтому после их тонкого измельчения применяется при просеве сетка с числом отверстий 900 на 1 см.2.

Нельзя допускать длительного размешивания электродообмазочных масс в месилках, так как в результате трения повышается температура и значительно ускоряется протекание реакции между ферросплавами и водным раствором щелочей. Нельзя также при изготовлении обмазочных масс применять теплые компоненты или их смесь, так как при этом поднимается температура обмазочной массы.

В летнее время, при высокой температуре окружающего воздуха, рекомендуется сухую смесь и готовую обмазочную массу охлаждать и поддерживать постоянную температуру жидкого стекла в пределах 18—20°.

Обнаружено, что с повышением содержания в ферромарганце кремния или с понижением модуля жидкого стекла реакции внутри обмазочных масс проходят интенсивнее.

Было также обнаружено, что доменный ферромарганец менее активен в водных растворах и выделяет в обмазочных массах, как правило, незначительное количество газа.

В густых обмазочных массах процессы окисления ферросплавов протекают значительно медленнее, чем в жидких, так как в последних содержится больше воды. При недостаточной пластичности обмазочной массы в результате повышенного трения между ее частицами защитные пленки в момент опрессовки разрушаются, повышается температура массы, и процесс окисления, сопровождаемый выделением газов и обезвоживанием, начинает бурно протекать. Обмазочная масса при этом быстро окаменевает.

В практике электродного производства наблюдались случаи, когда в результате быстрого окаменения обмазочной массы отрывалась головка пресса.

Пассивирование ферросплавов производится при помощи естественного окисления поверхности зерен ферросплавов при длительном хранении их в среде влажного воздуха и при помощи

ускоренных способов: замачиванием тонкоизмельченных ферросплавов в воде или в водных растворах небольших концентраций кислоты с водным раствором марганцевокислого калия (мокрый способ), прокалкой порошков ферросплавов при доступе воздуха (сухой способ), смачиванием порошков с последующим их нагревом (последовательно мокрый и сухой способы).

Естественное пассивирование ферросплавов может быть применено только для порошков элетропечного и доменного ферромарганца при условии содержания в них кремния не свыше 1,5%.

Попытки пассивировать ферросилиций естественным путем не дали положительных результатов.

На Московском электродном заводе при изготовлении электродов на прессах высокого давления было замечено, что по мере увеличения сроков вылеживания сухой смеси (шихты) или измельченного ферромарганца значительно улучшаются обмазочные свойства покрытия.

Эти наблюдения позволили сделать вывод, что в процессе вылеживания сухой шихты или измельченного ферромарганца поверхности зерен окисляются и происходит, таким образом, естественное пассивирование ферросплавов.

Порошки ферромарганца начинают окисляться по поверхности уже в процессе тонкого измельчения ферросплавов в шаровой мельнице [1].

Установлено, что окисленность порошков ферромарганца различных фракций растет с уменьшением величины зерна для всех сортов ферросплавов (табл. 29).

На Московском электродном заводе были проведены опыты по установлению продолжительности времени, необходимой для естественного пассивирования порошков электротермического ферромарганца и 75%-ного ферросилиция путем длительного вылеживания их на воздухе.

Ферросплавы имели следующий химический состав: ферромарганец среднеуглеродистый: С—1,05%; Мn — 86,0%; Р — 0,12%; Si-2,97%;

ферросилиций: С — 0,16%; Si — 70,2%.

Все опыты проводились на жидком стекле с химическим со ставом Na2О — 13,02%; SiO-— 28,68%, т. е. модуля 2,26. Удельный вес стекла был 1,47.

В стеклянный сосуд емкостью 0,5 л, на дно которого помещалась чашечка с порошком ферросплава, наливалось жидкое стекло.

Таблица 29

Чашечка с порошком исследуемых ферросплавов прикрывалась воронкой, собиравшей газы, выделяемые при реакции, в градуированную пробирку (фиг. 33).

Наблюдая за изменением объема газового пузыря, можно было следить за скоростью прохождения реакции порошков ферросплавов и за количеством выделяемых газов.

Конечная цель опытов заключалась в том, чтобы установить продолжительность вылеживания порошков ферросплавов, при которой они не реагировали бы в покрытии до затвердевания его

на электроде. Для опытов пользовались навеской весом 2 г (табл. 30 и 32) и 1 г (табл. 31).

Одновременно проводились опыты с порошками доменного ферромарганца, содержащего С — 6,50%; Мn — 71,80% Р — 0,24%; Si — 1.95% (табл. 32).

Опытная партия электродов марки ЦМ7, изготовленная из среднеуглеродистого ферромарганца, после 10-дневного вылеживания показала возможность применения порошков среднеуглеродистого ферромарганца без дополнительной обработки.

В последующих работах был установлен предел содержания кремния —
1,7%.

Естественное пассивирование порошков ферросилиция даже после 24-дневного вылеживания на воздухе не дало положительных результатов.

Порошки доменного ферромарганца как менее активные не нуждаются в пассивировании.

В целях установления относительной скорости окисления на воздухе порошков ферросилиция и среднеуглеродистого ферромарганца при их вылеживании были произведены следующие опыты.

Пробирка с порошком ферросплава соединялась резиновой трубкой с бюреткой, в которой находилось трансформаторное масло. Другим концом бюретка опускалась в сосуд с тем же маслом (фиг. 34).

Воздух, оставшийся над поверхностью масла в резиновой трубке и бюретке, имел возможность взаимодействовать с порошками ферросплава за счет окисления кислорода, содержащегося в воздухе.

Чтобы учесть влияние атмосферного давления на показания приборов, был установлен такой же прибор (эталон) без порошка ферросплавов, по показаниям которого можно следить за изменениями

атмосферного давления. Разница в показаниях эталонного прибора и прибора с ферросплавами определяла количественный характер взаимодействия воздуха с порошками ферросплавов (табл. 33 и 34).

Из таблиц видно, что процесс окисления порошков ферросилиция и ферромарганца продолжался в первом случае 12 дней и во втором 5 дней, причем этот процесс происходил неравномерно.

Фиг. 33. Схема прибора для проверки результатов пассивирования ферромарганца и ферросилиция:
1 — стеклянная трубка с запаянным концом: 2—газовый пузырь, получающийся в случае недостаточного пассивирования, как результат протекании реакции; 3—чашка для коды; 4 — вода; 5 — воронка; 6 —чашечка с испытуемым порошком.

Пассивирование прокаливанием (сухой способ). Ферросплавы подвергаются прокаливанию только после тонкого измельчения и просева через соответствующее сито.

Во избежание засорения порошков ферросплавов окалиной прокаливание производится на металлических противнях из жаростойкой стали.

При пассивировании порошки ферросплавов насыпаются на противни слоем до 30 мм и загружаются в печь.

Для лучшего окисления при прокалке поверхностей отдельных крупинок порошка ферросплавов необходимо их периодически (5—б раз) перемешивать железным скребком.

Пассивирование ферросилиция производится при температуре 700—800° с выдержкой в течение часа.

Порошки ферромарганца пассивируются в то же время при температуре 300—350°.

Фиг. 34. Схема прибора для проверки протекания процесса воздушного пассивирования:
1 — пробирка с порошком ферросплава; 2— бюретка; 3— стакан с трансформаторным маслом.

Таблица 30 Естественное пассивирование порошков ферромарганца

Таблица 31 Естественное пассивирование порошков ферросилиция

При пассивировании порошков ферросплавов прокаливанием не следует допускать повышения температуры сверх указанных пределов.

Нормальное качество пассивирования порошков ферромарганца определяется цветом порошков бурого оттенка. Появление черного

или черновато-синего цвета указывает на пережог и непригодность такого ферромарганца для применения в электродных покрытиях.

Качество пассивирования порошков ферросилиция считается удовлетворительным, если в течение часа при температуре 15—20°

Таблица 32 Естественное пассивирование порошков доменного ферромарганца

Таблица 33 Взаимодействие порошков ферросилиция с воздухом после перемешивания навески в 50 г ферросилиция с 0,5 л жидкого стекла удельного веса 1,3— 1,35 не начнется реакции газообразования.

В случае применения при изготовлении электродных обмазок низкомодульных жидких стекол с избытком свободных щелочей защитные пленки из окислов на зернах пассивированных порошков ферросплавов растворяются в течение 3—4 час. и реакция окисления может возникнуть вновь. Поэтому рекомендуется изготовлять небольшие партии обмазки и оставлять переходящие заделы ее с учетом возможного использования в течение 1 часа.

Таблица 34
Взаимодействие порошков малоуглеродистого ферромарганца с воздухом

Пассивирование ферросплавов мокрым способом. Для пассиви-вирования порошков ферросплавов мокрым способом ферросплавы, после тонкого измельчения и просеивания, насыпаются на противни слоем не более 40 мм и заливаются холодной водой до покрытия ферросплавов.

Процесс, пассивирования порошков при этом способе длится около 24 час.

С целью ускорения процесса пассивирования ферросплавы заливаются 0,25—0,50%-ным водным раствором марганцевокислого калия. Тогда процесс пассивирования длится около 1 часа, при этом порошки ферросплавов перемешиваются с раствором 2—3 раза.

Для ускоренного процесса пассивирования можно применять горячую воду и водный раствор 0,5—1,0%-ной азотной кислоты.

По окончании процесса пассивирования избыток раствора сливается и порошки ферросплавов просушиваются при температуре 100—120 градусов.

Порошки ферросплавов, прошедшие пассивирование, тщательно перемешиваются до получения однородной рассыпчатой массы без комков и просеиваются через сито с числом отверстий 400 на 1 см2.

Выделяющиеся в процессе мокрого пассивирования газы взрывоопасны, а при пассивировании порошков ферросилиция ядовиты.

Поэтому помещение, в котором производится мокрое пассивирование, должно хорошо вентилироваться, и сам процесс пассивирования допускается только в вытяжных шкафах.

Сушка порошков ферросплавов после мокрого пассивирования должна производиться в печах или на плитах, обеспеченных надежной капсуляцией и вентиляцией. Категорически запрещено сушить после пассивирования мокрым способом порошки ферросплавов на открытых подовых печах.

В помещении, где производится пассивирование мокрым способом, электропроводка и электроаппаратура должны быть оборудованы взрывобезопасной арматурой.

Необходимо иметь в виду, что при высушивании порошков ферромарганца после мокрого пассивирования при повышенных температурах, против указанных, порошки ферромарганца самовозгораются и становятся непригодными для дальнейшего применения в электродообмазочных массах.

Смешанный способ пассивирования. Некоторые партии ферросилиция (75%) при пассивировании покрываются чрезвычайно нестойким слоем окислов, разрушающимся в щелочной среде обмазки.

В этом случае рекомендуется [12] в кипящий раствор 2 кг хромпика с 20 л воды засыпать 75 кг измельченного и просеянного ферросилиция и продолжать кипячение дополнительно 10—15 мин. После кипячения раствор вместе с порошком ферросилиция необходимо остудить до температуры цеха и слить для использования при пассивировании следующей партии ферросилиция, добавляя в него свежий раствор из расчета возмещения убыли.

Мокрые порошки ферросилиция сушатся при температуре около 150°, затем перемешиваются до получения однородной рассыпчатой массы и просеиваются через сито 400 отв/см2.

Необходимо учитывать, что в результате пассивирования мокрым способом ферросплавы обедняются и вес порошков заметно увеличивается.

содержание .. 7 8 9 10 ..