Плотность жидкого стекла


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 жидких стекол 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, а также на свойства и состав наплавленного металла, и атмосферу дуги. Он способствует насыщению металла шва кремнием за счет протекающего кремневосстановительного процесса и насыщению металла водородом за счет влаги, удерживаемой им в покрытии.

Влага довольно прочно удерживается сухим остатком жидкого стекла. При этом условно принято, что при температуре 600°С остаточная влажность равна нулю. Например, сушкой при 300°С можно снизить содержание влаги только до 4—5% от исходной при любой продолжительности времени сушки.

Растворы жидкого стекла характеризуются рядом основных подлежащих контролю параметров, а именно: видом, модулем, плотностью, вязкостью. Кроме перечисленных значительно реже контролируется клейкость жидкого стекла, а также его щелочность, определяемая значением рН, что связано с концентрацией водородных ионов.

Вид жидкого стекла определяется составом применяемой силикатной глыбы (см. табл. 3.13).

Таблица 3.13 Технические требования к силикатной глыбе

 
 

Жидкое стекло может быть также приготовлено смешиванием в желаемых пропорциях двух стекол различного вида, например, натриевого, натриево-калиевого и др.

Плотность жидкого стекла является его важной характеристикой, измеряется в г/см3 ареометром с ценой деления не более 0,01. Измерять плотность жидкого стекла ареометром с большей ценой деления, например 0,1, недопустимо, так как ошибка в измерении его плотности уже в 0,02—0,03 г/см3 может весьма существенно сказаться на свойствах стекла.

Определять плотность жидкого стекла желательно при одной и той же температуре, равной 20°С; это связано с тем, что температура весьма существенно сказывается на значениях плотности жидкого стекла. При невозможности доведения температуры натриевого жидкого стекла до 20°С замеряется его температура Т и плотность ρт при этой температуре. Затем плотность жидкого стекла приводят по следующей приближенной формуле к его плотности при 20оС.

ρт = ρт + 0,00056(Т-520)

Оптимальной считается плотность 1,48-1,54 г/см3.

Вязкость жидкого стекла. При течении жидкости между ее слоями возникает внутреннее трение. Его мерой является коэффициент вязкости или коэффициент внутреннего трения η, который выражается в паскаль-секундах (Па-с) или сантипуазах (сП); 1 Па∙с=1000 сП.

Для истинных растворов значение коэффициента вязкости η — есть постоянная величина в широком диапазоне скоростей течения. 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.

Удобным для целей практики является определение вязкости методом падающего шарика. Этот метод был использован при разработке вискозиметра конструкции МОСЗ. Вискозиметр состоит из стеклянной трубки длиной 700—750 мм и внутренним диаметром 30—40 мм. Трубка с заглушенным нижним концом устанавливается 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 несмываемой краской нанесены 2 тонких штриха на расстоянии 500 мм друг от друга. Верхний штрих наносится на расстоянии 100—120 мм от верхнего обреза трубки.

Вязкость жидкого стекла определяют при температуре 20+1° С. 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, возможно ближе к центру трубки, опускают металлический шарик и по секундомеру замеряют время его движения в жидком стекле между двумя штрихами. Таких замеров следует сделать не менее трех.

Вязкость в сантипуазах, согласно закону Стокса, определяется по формуле η = 10,8(7,875-ρо)t, где η вязкость в сП; t – время движения шарика, ρо – плотность жидкого стекла.

Химическая активность жидкого стекла. Химическая активность стекла определяется наличием в нем свободной или почти свободной щелочи. Ясно, что низкомодульные жидкие стекла имеют большую щелочность, чем стекла с повышенным и высоким модулями.

Клейкость жидкого стекла. Клейкость растворов жидкого стекла является важным его свойством, которое характеризует возможность обеспечения сырой прочности готовой обмазочной массы. Для определения клейкости приготавливали обмазочную массу, составленную из эталонных компонентов и испытуемого жидкого стекла. Эта масса выдавливалась через калиброванное отверстие в дне цилиндра на вертикальном прессе. Принималось, что клейкость жидкого стекла пропорциональна массе выдавливаемого шнура из обмазки до его отрыва под действием силы тяжести. Высокие значения клейкости натриевые стекла обеспечивают при модуле 2,9—3,1 и вязкости соответственно 1000— 700 сП.

При замораживании растворов жидких стекол 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 температурах, на несколько градусов ниже 0° С. Температура замерзания определяется видом, модулем и плотностью стекла. По этим причинам растворы жидких стекол следует хранить в помещениях при положительных температурах. Кипение растворов стекол происходит при температурах выше 100°С.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 2

Растворы жидкого стекла в той или иной степени вступают во взаимодействие со многими материалами, применяемыми в качестве компонентов покрытия электродов. В результате обмазочные массы теряют пластичность, затрудняется или делается невозможной опрессовка электродов; покрытие поражается трещинами, становится хрупким, а иногда и вспухает. Степень взаимодействия зависит от состава и характеристик растворов жидкого стекла, а для порошкообразных материалов— от их состава, крупности и состояния поверхности. Во всех случаях степень взаимодействия растет с ростом температуры и времени. Из применяемых в производстве ферросплавов и металлических порошков чаще всего используют ферросилиций, малоуглеродистый ферромарганец и металлический марганец. При прочих равных условиях большей активностью будет обладать ферросилиций, содержащий большее количество свободного кремния; для одного и того же сплава степень взаимодействия определится модулем раствора жидкого стекла, возрастая по мере снижения последнего.

Помимо активности сплавов очень большое влияние на процесс газовыделения 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 фосфористый водород, который может вызвать отравление. Свойство высококремнйстых сплавов разлагаться под действием влаги (в том числе и атмосферной) необходимо учитывать при организации хранения кускового и особенно измельченного сплава, обеспечивая вентилирование мест хранения.

Взаимодействие с водой и растворами жидкого стекла металлического марганца и ферромарганца может быть изображено в общем виде уравнением Мn+2Н2О = Мn(ОН)2+Н2. Наличие примесей кремния и алюминия активизирует реакцию.

Присутствие фосфора в марганце может привести к выделениям ядовитого фосфористого водорода. Поэтому при организации хранения ферромарганца необходимо выполнять те же меры, как при хранении ферросилиция. Значительно менее активными являются высокоуглеродистые сорта ферромарганца.

С понижением модуля раствора реакция со всеми металлами и сплавами активизируется. 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; к ним относятся Fе, Сг, Со, Ni W. Малоактивны и сплавы Тi, Сг, Мо, В, Nb с Fе.

Следует иметь в виду рост активности свежеизмельченных 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.

С ростом модуля жидкого стекла убыстряется процесс его разрушения. Взаимодействие может быть вызвано также наличием следов различных активных технологических добавок, применяемых в процессе обработки материалов.

Все изложенное показывает, что одной из мер стабилизации процесса изготовления электродов является применение выдержанных измельченных материалов, а также контроль за отсутствием на них активных загрязнителей.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 3

Силикатная глыба может растворяться в воде безавтоклавным — открытым способом (при этом возможно растворение кусковой и предварительно измельченной в порошок глыбы с зернами размером 0,5—0,6 мм) и автоклавным способом под давлением.

В производственных условиях практическое применение находит второй способ, который и будет рассмотрен.

Растворение глыбы под давлением может осуществляться в стационарных или во вращающихся автоклавах (силикатных барабанах). Во всех случаях время и полнота растворения зависят от модуля, состава, количества примесей, крупности кусков глыбы, давления, температуры и количества воды, взятой для растворения. Время растворения растет с увеличением модуля, содержания в глыбе примесей и размера кусков глыбы. При одинаковых модуле, крупности, содержании примесей и условиях растворения натриевая глыба растворяется медленнее, чем калиевая или смешанная. На рис. 3.21, 3.22 показаны стационарный и вращающийся автоклавы. Для ускорения процесса растворения глыбы желательно применять смягченную питьевую воду.

Силикатная глыба в стационарных автоклавах может растворяться по различной технологии. Процесс можно вести:

· 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 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).

Рисунок 3.21 Стационарный автоклав

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 и глыбы, имеющей большое содержание примесей, остаток может достигать 20% и более. В качестве средства, облегчающего удаление нерастворившихся остатков, может быть рекомендована их разварка в 30%-ном растворе едкой щелочи. Для облегчения удаления из автоклава остатков нерастворившейся глыбы, а также для частичной фильтрации раствора жидкого стекла автоклав в нижней части оборудуется решеткой, на которую загружается слой шлака толщиной 200—250 мм. Подача пара и слив стекла осуществляются по трубам, имеющим выход в рабочий объем автоклава ниже решетки. Остатки шлаковой подушки удаляются через люки, расположенные на уровне решетки; через эти же люки укладывается слой шлака. При наличии давления в автоклаве выдача готового раствора не представляет трудностей.

 
 

Рисунок 3.22 Вращающийся автоклав:

 
 

Растворение силикатной глыбы во вращающихся автоклавах ведется 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. Рекомендуется загружать автоклав предварительно промытой глыбой в кусках размером не более 50-60 мм.

Независимо от принятого процесса разварки силикатной глыбы контролируются: модуль глыбы, ее чистота (наличие посторонних загрязнений), крупность кусков, количество загружаемой глыбы и воды, плотность раствора в процессе разварки, время разварки, давление пара. Наиболее доступным методом контроля готовности раствора является проверка его плотности по пробам, отбираемым по ходу процесса разварки. При контроле пробы измеряют температуру и плотность раствора; по­лученное значение плотности приводится к нормальной ' температуре. У растворов калиевых и смешанных калиево-натриевых и натриево-калиевых силикатов часто наблюдается резкое изменение плотности с падением температуры

Обычно разваркой силикатной глыбы заканчивается процесс изготовления растворов жидкого стекла. Однако эти растворы содержат много взвешенных частиц, не обладают стабильными свойствами и сразу после получения не могут использоваться при изготовлении электродов.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 4

Практикой установлено, что применение свежеприготовленных растворов жидкого стекла обычно не обеспечивает стабильное получение обмазочных масс с требуемыми свойствами. В результате затрудняется процесс 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 окислов.

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. Известно, что в процессе хранения растворов жидких стекол даже в герметически закрытых сосудах происходит процесс, называемый старением. Он связан с полимеризацией (укрупнением) кремнекислородных соединений и повышением вязкости. Поэтому для стабилизации свойств жидких стекол рекомендуется их осветлять и применять только после выдержки в течение определенного времени.

Получать осветленные стекла можно следующими основными способами.

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 фильтруют на вакуум-фильтрах или фильтрах какой-либо иной конструкции. Чистое, отфильтрованное жидкое стекло выпаривают в специальных выпаривателях при температуре 85—95° С. Жидкое стекло выпаривают до необходимой плотности и вязкости, после чего перекачивают в емкости, предназначенные для хранения. Применять стекло рекомендуется после его остывания до температуры 18—25°С и последующей выдержки (стабилизации) при этой температуре не менее трех суток.

2. Жидкое стекло плотностью 1,34—1,38 г/см3 перекачивается насосом или выдавливается 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. Осветление и стабилизация свойств жидкого стекла могут быть осуществлены при весьма длительной его выдержке — не менее одного месяца, поэтому такой способ выполним только для производства с очень малым объемом выпуска электродов.

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 совершенно необходимой является корректировка состава жидкого стекла. Как уже отмечалось, снижение модуля может быть достигнуто введением в жидкое стекло растворов едкого кали или едкого натра. В практике наиболее распространены корректировка состава одного и того же модуля с различными значениями плотности и вязкости, что достигается смешиванием.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 5

Приготовление сухой шихты электродных покрытий является одним из самых ответственных процессов производства электродов. Только при точном выполнении всех операций этого процесса может быть обеспечено стабильно высокое качество электродной продукции. Приготовление сухой шихты включает в себя:

· весовую дозировку компонентов в соответствии с рецептурой покрытий конкретных марок электродов;

· перемешивание взвешенных компонентов с целью равномерного их распределения в сухой шихте по массе;

· контрольный просев сухой шихты, гарантирующий отсутствие посторонних включений;

· транспортировку и хранение приготовленной сухой шихты.

Требования к компонентам, поступающим на дозировку. На дозировку допускаются компоненты, принятые и проверенные ОТК, с присвоенными им номерами.

С целью повышения рабочих характеристик обмазочных масс рекомендуется некоторые компоненты, в первую очередь мрамор и плавиковый шпат, применять двух сортов: средней крупности и очень мелкий. Поступающие на дозировку компоненты шихты должны быть стабильно сухими (содержание влаги не более 0,1%). Для этого компоненты, подготовленные к дозировке, следует хранить в сухих отапливаемых помещениях.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 6

В зависимости от объема производства и номенклатуры изготовляемых электродов применяют ручное, частично механизированное и полностью механизированное дозирование.

Ручное дозирование. В настоящее время ручная дозировка компонентов сухой шихты сохранилась 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 труда дозировщика.

Для дозировки сухой шихты важно выбрать весы, удобные в обращении и обеспечивающие достаточную точность. Для взвешивания компонентов с массой более 5 кг применяют платформенные весы 2-го класса точности типа РП-100. Эти весы позволяют взвешивать массу (вместе с тарой) до 100 кг. Для взвешивания компонентов с малой массой (от 100 г до 10 кг) можно использовать торговые весы типа ВНЦ.

Основным условием для оборудования участка ручной дозировки является такое расположение бункеров с отдельными компонентами электродных покрытий, весов и контейнеров для сухой шихты, при котором, дозировщик переносит компоненты на возможно меньшее расстояние. С этой точки зрения рациональной является реализация схемы, при которой бункера с необходимыми компонентами сухой шихты и пустые контейнеры помещаются на двух параллельных транспортерах с реверсом. По команде дозировщика бункер с первым компонентом, подлежащим взвешиванию, устанавливается рядом с весами. По второму транспортеру, с другой стороны весов, устанавливается контейнер для сухой шихты. После взвешивания требуемой порции компонента транспортером подгоняется второй контейнер. Это продолжается до полного заполнения всех контейнеров первым компонентом. После этого к весам подгоняют бункер со вторым компонентом.

При такой системе дозировки рабочий-дозировщик затрачивает меньшее количество труда на переноску компонентов, а производительность его труда и точность взвешивания возрастают. Преимущество приведенной схемы дозировки заключается также в том, что вытяжная вентиляция располагается на ограниченном участке (бункер с компонентом, весы, контейнер с сухой шихтой).

Можно рекомендовать и другую схему ручной дозировки, которая заключается в следующем: на стеллаж кран-балкой устанавливают бункера с компонентами, необходимыми для изготовления заданной марки электродов. Параллельно линии бункеров по рельсовому пути движется тележка с установленными на ней весами. На весы помещают пустой контейнер для отвешивания в него каждого из компонентов, с учетом массы контейнера. В этом случае следует использовать платформенные весы типа РПЦ-150. Компоненты массой до 10 кг следует взвешивать на весах типа ВНЦ после взвешивания всех компонентов, входящих в состав покрытия в больших количествах.

Движением тележки целесообразно управлять с пульта, расположенного на этой же тележке; в крайнем случае, можно допустить передвижение вручную. При такой схеме дозировки местная вентиляция осуществляется через гибкий шланг. Готовые порошки обычно передают на дозировку кран-балкой в небольших бункерах, вмещающих 250—500 кг материала. В некоторых случаях бункера подвозят на ручных тележках. Все бункера должны быть снабжены бирками с названием компонента и номером партии.

Учитывая важность операции дозировки, перед началом работы дозировщик обязан убедиться в наличии всех компонентов покрытия и соответствии их номеров номерам, указанным в карточке с рецептурой, переданной ему технологом. Затем с помощью кран-балки бункера устанавливают на линию дозировки в том порядке, в котором они приведены в карточке.

Частично механизированное дозирование. Частично механизированные линии, применяют в электродных цехах средней производительности (10—20 тыс. т в год), при изготовлении сравнительно небольшого числа марок электродов. В состав линии входят стационарные подвесные бункера с порошками компонентов электродных покрытий, готовых к применению. Число бункеров определяется номенклатурой материалов, применяемых электродным производством. Каждый бункер с материалом снабжен реечным или полусферическим затвором.

Под линией бункеров имеются рельсы, по которым вручную передвигается весовая тележка с установленным на ней контейнером, обычно емкостью 300 кг, с откидным дном. Компоненты дозируются в контейнер по нарастающей массе. Для этой цели тележка снабжена необходимым набором гирь, расположенных на специальной рейке тележки в строго определенном порядке. Это позволяет исключить возможность перепутывания компонентов шихты покрытия.

Подвозя тележку к первому бункеру, дозировщик ставит соответствующую гирю на коромысло весов, заправляет брезентовый рукав и открывает затвор. После отвеса первого компонента покрытия тележка передвигается ко второму бункеру и т. д.

При необходимости введения в сухую шихту небольших добавок каких-либо компонентов покрытия рядом с линией дозировки устанавливают торговые весы до 10 кг и ящики с необходимыми добавками.

Загрузка бункеров линии дозировки должна быть механизирована. Как правило, готовые сухие порошки загружают со второго этажа.

Для транспортировки ферромарганца ферротитана также можно использовать пневмотранспорт, однако в связи с возможностью их воспламенения и даже взрыва следует транспортировать эти порошки только в атмосфере газа, не поддерживающего горение. Для создания такой атмосферы, как правило, используют азот.

Автоматизированное дозирование. Электродное производство, выпускающее 40—60 тыс. т электродов в год, ежедневно должно готовить 60—80 т сухой шихты. С целью обеспечения такого количества весьма желательно не только механизировать приготовление сухой шихты, но и автоматизировать его.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 7

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

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

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

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

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

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

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 8

В настоящее время подавляющее количество электродов изготовляют по непрерывной схеме опрессовка — сушка — прокалка с высокими скоростями, практически доходящими до 700—800 шт/мин. Это возможно осуществить лишь при условии, что наносимая на электродные стержни обмазочная масса имеет определенные свойства, основными из которых являются:

· высокая пластичность, т. е. способность истекать из головки пресса с постоянной скоростью, обеспечивая равномерное расположение покрытия на электродных стержнях;

· способность сохранения пластичности в течение достаточно длительного времени, как минимум на цикл опрессовки;

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

· способность обеспечивать устойчивость сырого покрытия против размягчения, вспухания, а также против смятия под собственной тяжестью на транспортерных цепях при нагреве в зонах сушки конвейерной печи;

· способность обеспечивать стойкость электродного покрытия против образования трещин в процессе сушки-прокалки;

· способность обеспечивать высокую прочность и требуемую влажность покрытия готовых электродов.

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

· гранулометрический состав основных компонентов сухой шихты;

· вид и количество применяемого пластификатора;

· характеристика применяемого жидкого стекла;

· технология приготовления обмазочной массы.

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

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

В связи с тем, что в рецептуре покрытия всех марок рутиловых электродов содержатся такие пластификаторы, как электродная целлюлоза (ЭЦ), слюдяная мука, тальк или каолин, дополнительное введение пылевидных фракций не является обязательным. В то же время для электродов с покрытием основного вида на базе мрамора и плавикового шпата при их изготовлении в непрерывном процессе опрессовка — сушка — прокалка требования к подбору грануляции должны быть обязательными.

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

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

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

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

Снижение количества органических пластификаторов требует повышения вязкости жидкого стекла, что вызывает еще большее вспухание покрытия электродов. Снижение вязкости жидкого стекла приводит к необходимости введения большего количества пластификаторов. Это сопровождается ростом содержания водорода в наплавленном металле до недопустимо высоких значений.

На электродных производствах, изготовляющих электроды с покрытием основного вида с последующей медленной сушкой на воздухе, в качестве пластификатора с успехом применяют соду Na2СО3 в количестве до 1%. Пластифицирующее действие соды объясняется тем, что в процессе приготовления обмазочной массы сода связывает часть воды из жидкого стекла, что приводит к его загустеванию. При опрессовке вода, слабо связанная с содой, отжимается и служит дополнительной смазкой между слоями обмазочной массы. Однако для изготовления электродов в непрерывном процессе такой способ повышения пластичности непригоден. При нагревании свежеопрессованых электродов в конвейерной печи покрытие вспухает на недопустимо большую величину. При этом наблюдается, как правило, низкая прочность покрытия после прокалки.

Влияние характеристик жидкого стекла. При изготовлении электродов с рутиловым покрытием применяют калиево-натриевое или натриево-калиевое жидкое стекло в зависимости от требований технической документации к конкретной марке. Как уже отмечалось, в составе покрытия таких электродов содержится большое количество шлакообразующих компонентов, которые одновременно являются пластификаторами. Поэтому для их изготовления в непрерывном процессе достаточно только выбрать характеристики жидкого стекла. Длительный опыт массового изготовления электродов показал, что оптимальными для механизированного изготовления в непрерывном процессе являются жидкие стекла с модулем от 2,85 до 3,1 и вязкостью порядка 400—800 мПа-с.

Повышение вязкости жидкого стекла сопровождается увеличением его количества для приготовления обмазочной массы, времени сушки, повышением вспухания покрытия и некоторым увеличением разбрызгивания металла в процессе сварки. Чрезмерное снижение вязкости жидкого стекла приводит к снижению пластических свойств обмазочной массы, прочности покрытия электродов и в ряде случаев к появлению трещин на покрытии.

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

Дополнительное введение в состав покрытия небольшого количества пластификаторов: 3% слюды, 0,5% альгината или КМЦ 85/С «0» облегчает опрессовываемость, однако при конвейерном производстве качество электродов не соответствует высоким требованиям, предъявляемым к электродам этого вида. Решать вопрос с изготовлением таких электродов в непрерывном потоке следует комплексно с учетом необходимости выполнения всех требований, предъявляемых к обмазочной массе.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 9

Для приготовления обмазочной массы применяют смесители различных конструкций. Конструкция и характеристики смесителей имеют важное значение в формировании требуемых свойств обмазочной массы. Наиболее распространенными в электродном производстве являются бегунковые смесители, а среди них — тип СБ-1 разработки МОСЗ.

Конструктивно смеситель весьма прост. Внутри неподвижной цилиндрической чаши с небольшой скоростью вращается массивный цилиндрический бегунок. 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 обмазочная масса счищается установленными внутри на разной высоте вращающимися ножами — скребками. Некоторые конструкции смесителей оборудованы двумя бегунками. Готовую обмазочную массу выпускают через открывающийся люк в днище во время вращения бегунка.

Время приготовления замеса в бегунковом смесителе достигает 15-20 мин. Однородность смешивания устанавливается внешним осмотром массы; внешне масса 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 пластичнре течение.

Бегунковые смесители не отвечают современным требованиям к смесильному оборудованию. Несмотря на достаточно длительное время, не всегда достигается нужная равномерность перемешивания. На внутренних рабочих деталях смесителей остаются приставшие кусочки массы, которые засыхают и в виде твердых частиц попадают в замес. Наличие же даже единичных кусочков засохшей массы нарушает в последующем нормальный процесс опрессовки, вызывая эксцентричное расположение покрытия вокруг стержня.

Существенно лучшее качество обмазочных масс можно получать на интенсивных смесителях с высокоскоростными рабочими органами. В таких смесителях происходят непосредственно одна 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 применяются противоточные смесители двух модификаций: УПС-170 — емкостью 300 кг и ПВС-120Э — емкостью 200 кг конструкции Орловского СПЗ.

После загрузки шихты необходимо плотно закрыть крышками засыпную воронку и чашу смесителя. Должна быть обеспечена высокая степень герметизации, предотвращающая выделение пыли в рабочее помещение. Сухую шихту перемешивают в течение 3 мин при меньшей скорости вращения ротора. После остановки смесителя заливают жидкое стекло, смеситель снова герметизируют. Затем перемешивают шихту с жидким стеклом. Шихта выгружается через нижний разгрузочный люк в тележку.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Page 10

Участок приготовления обмазочной массы по своему значению является одним из определяющих качество электродной продукции. Он должен иметь хорошее освещение, приточно-вытяжную вентиляцию, снабжен горячей и холодной водой. Чаша смесителя обмазочной массы должна быть закрыта колпаком с вытяжной вентиляцией. Вытяжка из смесителя должна осуществляться через матерчатый, легко очищаемый фильтр, что предохранит от уноса в процессе приготовления обмазочной массы большое количество пылевидных фракций, 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° С. Дозировку жидкого стекла в смесители следует осуществлять дозаторами, обеспечивающими точность +2—3% по объему.

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 счищать остатки массы от предыдущего замеса. Сухая перемешанная шихта должна подаваться в специальном контейнере с откидным конусным дном, легко позволяющим высыпать шихту в смеситель через отверстие в кожухе. Может быть и другое конструкторское решение в зависимости от конкретных условий организации производства.

Засыпанная в смеситель сухая шихта разравнивается в смесителе 10—15 с. На сухую шихту выливается жидкое стекло в количестве 95—97% от его массы, предусмотренной технической документацией; сухая шихта перемешивается с жидким стеклом. За 1—2 мин. до окончания смешивания вводят последнюю порцию жидкого стекла (3—5%). Выливать жидкое стекло в смеситель небольшими порциями не следует, это может привести к образованию комочков из слипшейся густой обмазочной массы, смоченных по поверхности последними порциями жидкого стекла. Такая обмазочная масса, как правило, вытекает из головки пресса неравномерно, что приводит к эксцентричному расположению покрытия.

Использующийся в качестве пластификатора полутораводный поташ (кальцинированный поташ непригоден) перед применением 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 массы.

Готовая обмазочная масса должна комковаться в руке при сильном сжатии, при ее сдвигании между большим и указательным пальцами должно наблюдаться течение массы. Готовая обмазочная масса высыпается в со-• ответствующую емкость и направляется на последующие операции: изготовление брикетов или при наличии безбрикетных прессов непосредственно на опрессовку.

Работник, занятый приготовлением обмазочной массы, должен приобрести навык в определении пригодности обмазочной массы для опрессовки электродов и их последующей сушки. При внимательном отношении к своим обязанностям такой навык приобретается довольно быстро.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

studopedia.ru

Жидкое стекло для бетона

Основным строительным материалом в строительстве считается бетон. но современные требования к зданиям и конструкциям требуют с каждым годом от бетона в частности так и от бетона в составе композита всецело, все более высоких характеристик. И присадки для бетона могут дать такие завышенные требования к бетонным изделиям.  

Общие сведения

Бетоны на жидком стекле могут быть легкими (средняя плотность до 2000 кг/м3) и тяжелыми (средняя плотность свыше 2000 кг/м3). Они приго­тавливаются на основе жидкостекольного связующего, минерального на­полнителя и различных заполнителей.

В качестве жидкостекольного вяжущего применяют растворимое стекло, представляющее собой натриевый (Na20×nSi02) или калиевый (K20×nSi02) силикаты, где n = 2,5 — 4 — модуль стекла. Растворимое стекло получают из смеси кварцевого песка с содой (Na2С03) или сульфатом натрия (Na2S04) — для на­триевого жидкого стекла, или с поташом (К2С03) — для калиевого.

В стекловаренных печах получают расплавленную стекломассу, кото­рую из печи для быстрого охлаждения выгружают в вагонетки. При этом об­разуются стекловатые куски, которые принято называть «силикат-глыбой». Растворение силикат-глыбы производят водяным паром в автоклаве при давления 0,5-0,6 МПа и температуре около +150 °С.

Товарное жидкое стекло содержит 50-70 % воды и имеет плотность 1300-1500 кг/м3.

Кроме того, в твердении жидкого стекла принимает участие и углеки­слота воздуха. Углекислота нейтрализует едкую натриевую или калиевую щелочь, которая образуется в растворе при гидролизе и способст­вует коагуляции кремнекислоты, а также более быстрому затвердеванию жидкого стекла. При этом происходит выделение и высыхание (довольно медленно) аморфного кремнезема.

Однако глубина проникания углекислоты воздуха сравнительно неве­лика и положительное ее действие наблюдается только на поверхности. Поэтому для хранения используют обычные пластиковые канистры. Образующаяся стекловидная пленка на поверхности жидкого стекла предотвращает дальнейшее стеклование вглубь консистенции на длительное время.

Твердение растворимого стекла существенно ускоряется при повыше­нии температуры, а также при введении веществ, ускоряющих гидролиз и выпадение геля кремниевой кислоты (катализаторов, например, кремнеф­тористого натрия Na2SiF6).

Натриевое жидкое стекло используют для изготовления кислотоупор­ных, жароупорных и огнеупорных бетонов, огнезащитных обмазок и сили­катизации грунтов. Калиевое жидкое стекло применяют для приготовления силикатных красок, мастик и кислотоупорных растворов и бетонов.

Кислотоупорный цемент

Кислотоупорный цемент изготавливают из тонко измельченных смесей кислотоупорных наполнителей (кварца, кварцита, диабаза, андезита, ба­зальта, шамота, керамзита и др.) и ускорителя твердения жидкого стекла — кремнефтористого натрия. На практике часто применяют совместный по­мол наполнителя и катализатора. Название «цемент” для таких порошков носит условный характер, т.к. они при затворении водой вяжущими свойст­вами не обладают. Вяжущим веществом в кислотоупорных цементах явля­ется жидкое стекло, на водном растворе которого их и затворяют.

Основное достоинство и принципиальное отличие кислотоупорного цемента от других неорганических вяжущих веществ — его способность со­противляться действию большинства минеральных и органических кислот (кроме фтористоводородной, кремнефтористоводородной и фосфорной).

Кислотоупорный цемент неводостоек, его нельзя использовать для кон­струкций, подверженных длительному воздействию воды и пара. Он разру­шается от действия едких щелочей и низких температур (ниже -20 °С).

  • Для повышения водостойкости в составы вводят 0,5 % льняного масла или 2 % гидрофобизирующей добавки. Полученный таким образом гидрофобизированный цемент называют кислотоупорным водостойким цементом (КВЦ).
  • Для повышения кислотостойкости кислотоупорных бетонов рекомен­дуется обрабатывать их поверхность разбавленной соляной или серной ки­слотой, раствором хлористого кальция или хлористого магния.
Отечественная промышленность выпускает кислотоупорный кварце­вый кремнефтористый цемент, состоящий из смеси тонкомолотого чистого кварцевого песка 15-30 % и кремнефтористого натрия 4-6 % от массы на­полнителя. Со следующими характеристиками:
  • Схватываются кислотоупорные цементы в пределах 0,3-8 часов.
  • Предел прочности при растяжении через 28 суток должен быть не менее 2,0 МПа,
  • Кислотостойкость — не ниже 33 %.
  • Предел прочности при сжатии стандар­том не нормируется, но можно получить бетоны с прочностью при сжатии до 30-40МПа.

Кислотоупорный цемент применяют:

  • для изготовления кислотоупор­ных растворов, бетонов, замазок и мастик;
  • изготавливают резервуары, башни, технологические емкости на химических заводах и в травильных цехах;
  • Кислотоупорные растворы применяют при футеровке кислотоупорны­ми плитками (керамическими, стеклянными, диабазовыми) железобетон­ных, бетонных и кирпичных конструкций на предприятиях химической промышленности.

Полимерсиликатные бетоны

Бетон на основе жидкого стекла, обладая рядом положительных свойств, имеет и отрицательные стороны, такие как достаточно высокую пористость (до 18-20 %), низкую прочность и не­достаточную водостойкость. Поэтому такие бетоны не могут быть использо­ваны как кислотостойкие материалы для несущих конструкций.

Лучшими показателями обладают полимерсиликатные бетоны (ПСБ) на основе натриевого жидкого стекла и полимерных добавок.

Применяемые добавки к полимерсиликатным бетонам:

  • К уплотняющим и диспергирующим добавкам относятся фурановые, фенольные и некоторые другие смолы;
  • к водосвязующим — соединения с группами NCO;
  • к снижающим усадку — олигоэфиры;
  • к замедлителям твер­дения — сульфанол и кремнийорганические жидкости;
  • к кольматирующим — канифоль и сера.

Бетоны на жидком стекле, как уже отмечалось, обладают недостаточно плотной структурой. Улучшить структуру таких материалов удается за счет введения добавок фурановых и фенольных смол. При этом наблюдается дробление частиц жидкого стекла от частиц размером (20-30)-10-7 мкм до более мелких — 3-10-7 мкм. Такая структура сохраняется и после отверждения жидкого стекла. При этом уменьшается не только пористость композитов, но и происходит су­щественное снижение внутренних напряжений в материалах.

Значительно снизить усадку полимерсиликатных бетонов мож­но за счет введения добавок фурилового спирта или фурфурола. Эти поли­меры, обволакивая частицы геля кремниевой кислоты, препятствуют их сближению — агрегации (явление защитного действия гидрозолей), при этом ограничивается сжатие системы и выделение воды из геля, что значи­тельно снижает усадку.

Оптимальной является концентрация этих полимеров в количестве 3-5 % по массе от жидкого стекла. Эта концентрация способствует не полному, а лишь частичному обволакиванию частиц геля Si(OH)4, что приводит к незначительному замедлению процесса агрегации. Кроме того, эти модифи­цирующие добавки способствуют гидрофобизации и уплотнению компози­тов.

Кроме того, важным свойством этих двух полимеров и других органи­ческих соединений с активными радикалами является способность отвер­ждаться кислотами, что способствует дополнительному уплотнению полимерсиликатных бетонов при действии на них растворов кислот.

Таким образом, добавки фурилового спирта и фурфурола являются комплексными. Под их действием уплотнение композитов происходит по следующим схемам: диспергирование жидкого стекла, обволакивание и за­щитное действие к кремнегелю, гидрофобизация и полимеризация (поли­конденсация) под действием раствора кислот.

Глубина проникания раствора кислот в композиты после длительного воздействия не превышает 3-5 мм. Причем, чем выше концентрация кисло­ты, тем меньше глубина ее проникновения.

Полимерсиликаты с повышенной кислотостойкостью в зависимости от гранулометрического состава наполнителей и заполнителей могут быть приготовлены в виде мастик, легких растворов или бетонов.

В качестве примера, рассмотрим пропорции жидкого стекла и добавок в полимерсиликатный бетон на натриевом или калиевом жидком стекле, % по массе:

  • связующее (жидкое стекло с плотностью 1380-1400 кг/м3) — 13,6%;
  • отвердитель (кремнефтористый натрий) — 2,5%;
  • наполнитель (мука андезитовая или диабазовая, крупностью до 0,15 мм) — 24,0%;
  • мелкий заполнитель (песок с крупностью частиц 1-3 мм) — 44,0%;
  • крупный заполнитель (щебень с крупностью частиц 10-20 мм) — 15,9%;
  • модификатор (фуриловый спирт или фурфурол) (от массы жидкого стекла) — 3-5 %.

Состав полимерсиликатных бетонов подбирают исходя из условий наименьшего расхода связующего, соблюдения хорошей удобоукладываемости и высокой плотности. Учитывая повышенную вязкость жидкого стекла, для приготовления композитов применяют бетономешалки прину­дительного действия. Способы формирования изделий такие же, как и для цементных блоков.

Недостатком полимерсиликатных бетонов является небольшая жизне­способность (быстрая схватываемость и затверждение) — около 45 минут. Допустимое сокращение кремнефтористого натрия приводит к незначительному удлинению жизнеспособности на 10-15 минут.

Твердение полимерсиликатных бетонов при нормальной температуре продолжается 1 месяц. Для ускорения можно применить сухой прогрев при температуре +70-100 °С в течение 8-10 часов.

Влияние добавок на прочность полимерсиликатных композитов ощу­тимо только в мастичных системах. При оптимальной по прочности кон­центрации добавок (3 % от массы жидкого стекла) предел прочности при изгибе составил: с добавкой фурфурола — 31,5 МПа, с добавкой фурилового спирта — 24 МПа.

Влияние добавок на более сложные композитные системы проявляется в меньшей степени — прочность на сжатие практически не отличается от бездобавочных бетонов и составляет: для фурфурола — 36 МПа, а для фури­лового спирта -31,5 МПа.

Результаты испытания показали достаточно хорошую адгезию поли­мерсиликатных бетонов к цементному бетону — 2,5-3 МПа. Это значит, что при строительства, в укладке бетонных слоев можно использовать сначала поли­мерсиликатные бетоновы, а после затвердевания ПСБ уже заливать цементный бетон или наоборот.

Кроме того, полимерсиликатные бетоны обладает высокой водонепро­ницаемостью. Образцы из ПСБ выдерживают давление воды в 0,6 МПа в течение 8 часов, в то время как обычные силикатные оказываются водоне­проницаемыми уже через 3-3,5 часа при давлении в 0,1 МПа. Таким образом жидкое стекло служит для гидроизоляции бетона в фундаменте.

Исследования химической стойкости полимерсиликатных бетонов в растворах различных кислот (серной, соляной, азотной) показали, что они являются более стойкими по сравнению с модифицированными бетона­ми. Лучшие результаты ПСБ показали в соляной и серной кислотах, чем в азотной. Так, значения коэффициента химической стойкости в 10 %-х рас­творах этих кислот после 90-суточного испытания составили, соответст­венно: 0,84; 0,80; и 0,75. Коэффициент водостойкости за указанный проме­жуток времени составил 0,87.

Из полимерсиликатных бетонов изготавливают следующие строитель­ные материалы и изделия:

  • половые плиты,
  • фундаменты под оборудование,
  • футеровочные блоки и плитки,
  • плиты газоходов и др.

zewerok.ru

Физико-химические свойства растворов жидкого стекла

ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ РУЧНОЙ СВАРКИ

При изготовлении сварочных элек тродов 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-

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 °С остаточная влажность равна нулю. Например, сушкой при 300 °С 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 (см. табл. 48). Жидкое стекло может быть также приго­товлено смешиванием в желаемых пропорциях стекол двух видов, например, натриевого с калиевым и т. д.

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 стекла желательно при одной и той же температуре, равной 20 °С; это связано с весьма существен­ной зависимостью плотности жидкого стекла от температуры. При невозможности доведения температуры натриевого жидкого стекла до 20 °С замеряют его фактическую температуру и плотность при этой температуре. Затем плотность жидкого стекла приводит по следующей приближенной формуле к его плотности при 20 °С: Р20 = Рт + 0,00056(Т-20), где Р20 — плотность жидкого стекла при 20 °С, г/см3; рт — замеренная плотность жидкого стекла при Т °С, г/см3; Т — температура жидкого стекла, °С.

Графики зависимости плотности натриевого и калиево-натрие­вого 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 внут реннего трения TJ, который выражается в паскаль-секундах (Па с) или сантипуазах (сП); 1 Пас = 1000 сП = 1000 мПа-с.

Для истинных растворов значение коэффициента вязкости Т) — постоянная величина в широком диапазоне скоростей течения.

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.

Рис. GO. 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±1°С. 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 между двумя штрихами. Таких замеров делают не менее трех.

Вязкость Г| в сантипуазах в первом приближении, согласно закону Стокса, определяют по формуле r]=200(p-p())gr2/9i>, 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 Г)=10,8- (7,875 - р0)£, где Г] — 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).

г

16

Рис. 61. Значения

коэффициента К

12

в формуле вязкости

мтдкого стекла

8

в зависимости

от диаметра шарика dlu

4

0

0,20 0,25 0,30 0,35 сіш, см

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 °С для натриевых и калиево-натри­евых жидких стекол приведена на рис. 62. Эти графики могут быть использованы для приближенной оценки вязкости жидкого стекла, например при температуре 20 °С, 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-

Рис. 62.

Зависимости

вязкости

жидкого

натриевого

(а) и калиево- натриевого

(б) стекла от изменения температуры

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, калиево­натриевого и натриево-калиевых жидких стекол приведена соот­ветственно ни рис. 64-66 [46].

Клейкость растворов жидкою стекла характеризует возможность обеспечения сырой прочности готовой обмазочной массы, т. е. спо­собности электродного покрытия проходить технологические опе­рации без разрушения. За приближенную меру клейкости жидкого

1,34 1,36 1,381,40 1,421,44 1,461,48 1.501,521,54 1,56 р, г/см3

Рис. 64. Взаимосвязь характеристик калиевого жидкого стекла

Л, мПа-с

Рис. 66. Взаимосвязь характеристик натриево-калиевого жидкого стекла

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 °С. 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 °С) флюоритовый концентрат, хуже — феррогитан, 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.

Таблица 49. Прочность склеивания силикатом натрия различных металлов, МПа [43]

Мо­

дуль,

М

Вид

испытания

Время

сушки,

сут

Никель

Мяг­

кая

сталь

Чугун

Медь

Бронза

Алю­

миний

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 R20 мень­шее число молекул Si02, т. е. большую щелочность, обладает боль­шей химической активностью.

Мороженое – это сладкое замороженное лакомство, производимое на основе молочных продуктов (или же жиров и белков), с внесением различных добавок. Производят мороженое закаленное и мягкое. Как правило, первое продается в …

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 …

Специфические требования по охране труда предъявляют при проведении сварочных работ, в том числе при сертификатных ис­пытаниях электродов [130-134J. Основными опасными и видны­ми производственными факторами при ручной дуговой сварке по­крытыми электродами …

msd.com.ua

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Плотность жидкого стекла после разбавления РІРѕРґРѕР№ проверяется ареометром.  [1]

Плотность жидкого стекла, применяемого РІ бетоне, практически РЅРµ оказывает влияния РЅР° термическую стойкость бетона. Р’ табл. 9 приведены результаты испытаний термической стойкости бетона РІ зависимости РѕС‚ РІРёРґР° заполнителя.  [2]

Плотность жидкого стекла, его насыщенность металлической пылью вызывают быструю срабатываемость вращающихся частей Рё нарушение уплотнений сопрягаемых поверхностей СЃРѕ всеми вытекающими отсюда неполадками Рё осложнениями РІ процессе работы.  [3]

Плотность жидкого стекла неоднозначно определяется РєРѕРЅ. Зная модуль жидкого стек-ла Рё плотность, можно однозначно определить содержание РІ растворе РѕРєСЃРёРґРѕРІ S1O2 Рё R2O, Р° РїРѕ модулю Рё абсолютному содер.  [5]

Определяют плотность жидкого стекла денсиметром.  [6]

Контроль плотности жидкого стекла осуществляют СЃ помощью ареометра или пикнометрическим методом. Нерастворимый оста-ток определяют как высушенный РїСЂРё 105 РЎ остаток РЅР° фильтр после фильтрации раствора жидкого стекла.  [7]

Большое влияние РЅР° прочность Рє-бетона оказывает плотность жидкого стекла, взятого для его приготовления.  [9]

Для определения содержания кремнезема предварительно определяют содержание РѕРєРёСЃРё натрия РІ массовых процентах Рё плотность жидкого стекла.  [10]

Р’ табл. 38 приведены данные, характеризующие прочность силикатированного песка РІ зависимости РѕС‚ модуля, плотности жидкого стекла, Р° также времени хранения. Следует отметить, что Сѓ более мелких грунтов прочность РїСЂРё силикатировании выше, чем Сѓ грубодисперсных, что может быть объяснено образованием более тонких цементирующих пленок РЅР° больших поверхностях, связующие свойства которых выше.  [11]

Р’ табл. 38 приведены данные, характеризующие прочность силикатированного песка РІ зависимости РѕС‚ модуля, плотности жидкого стекла, Р° также времени хранения. Следует отметить, что Сѓ более мелких грунтов прочность РїСЂРё силикатировании выше, чем Сѓ грубодисперсных, что может быть объяснено образованием более тонких цементирующих пленок РЅР° больших поверхностях, связующие свойства которых выше.  [12]

Результаты проведенных исследований РїСЂРё температуре 20 РЎ приведены РІ табл. 5.9 - данные РѕР± объеме получаемого осадка ( силиката алюминия) РІ зависимости РѕС‚ плотности жидкого стекла ( массовой доли РґРІСѓРѕРєРёСЃРё кремния) Рё соотношения исходных реагентов Рё табл. 5.10 - данные РѕР± изоляции проницаемых пластов.  [13]

Промышленные калиевые Рё натриевые жидкие стекла, выпускаемые Р·Р° рубежом, РїРѕ данным [11], характеризуются значениями силикатного модуля РІ пределах 1 6 - 3 75 для натриевого стекла Рё 2 8 - 3 9 для калиевого жидкого стекла РїСЂРё плотности жидких стекол 1 68 - 1 32 Рі / СЃРј3 Рё 1 49 - 1 26 Рі / СЃРј3 для натриевых Рё калиевых жидких стекол соответственно.  [14]

Стандартное жидкое стекло РґРѕ употребления следует разбавлять РІРѕРґРѕР№ РґРѕ указанной плотности. Определять плотность жидкого стекла рекомендуется ареометром.  [15]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru


Смотрите также