Гигроскопичность высокоосновного синтетического флюса

Экспериментально установлено, что гигроскопичность синтетического кислого флюса находится на том же уровне, что и у стандартных плавленых флюсов. С повышением основности синтетических флюсов от 0,8 до 2,4 их гигроскопичность возрастает не менее чем в 10 раз. Это, вероятно, обусловлено наличием свобо...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автор:	Моравецкий, С.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2011
Назва видання:	Автоматическая сварка
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103017
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Гигроскопичность высокоосновного синтетического флюса / С.И. Моравецкий // Автоматическая сварка. — 2011. — № 12 (704). — С. 24-29. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103017
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1030172025-02-09T15:52:46Z Гигроскопичность высокоосновного синтетического флюса Hygroscopicity of high-basic synthetic flux Моравецкий, С.И. Научно-технический раздел Экспериментально установлено, что гигроскопичность синтетического кислого флюса находится на том же уровне, что и у стандартных плавленых флюсов. С повышением основности синтетических флюсов от 0,8 до 2,4 их гигроскопичность возрастает не менее чем в 10 раз. Это, вероятно, обусловлено наличием свободной извести, образующейся в синтетическом флюсе в результате твердофазной реакции между оксидом магния и фторидом кальция во время спекания флюса. Результаты термодинамического расчета и данные эксперимента подтверждают сделанное предположение. It was experimentally found that hygroscopicity of synthetic acid fluxes is at the same level as that of standard fused fluxes. Hygroscopicity of the synthetic fluxes grows not less than 10 times with increase in their basicity from 0.8 to 2.4. This probably is caused by the presence of a free lime, which forms in the synthetic flux as a result of the solid-phase reaction occurring between magnesium oxide and calcium fluoride in flux sintering. The thermodynamic calculation results and experimental data confirm the above assumption. 2011 Article Гигроскопичность высокоосновного синтетического флюса / С.И. Моравецкий // Автоматическая сварка. — 2011. — № 12 (704). — С. 24-29. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103017 621.791.3.048. ru Автоматическая сварка application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Моравецкий, С.И. Гигроскопичность высокоосновного синтетического флюса Автоматическая сварка
description	Экспериментально установлено, что гигроскопичность синтетического кислого флюса находится на том же уровне, что и у стандартных плавленых флюсов. С повышением основности синтетических флюсов от 0,8 до 2,4 их гигроскопичность возрастает не менее чем в 10 раз. Это, вероятно, обусловлено наличием свободной извести, образующейся в синтетическом флюсе в результате твердофазной реакции между оксидом магния и фторидом кальция во время спекания флюса. Результаты термодинамического расчета и данные эксперимента подтверждают сделанное предположение.
format	Article
author	Моравецкий, С.И.
author_facet	Моравецкий, С.И.
author_sort	Моравецкий, С.И.
title	Гигроскопичность высокоосновного синтетического флюса
title_short	Гигроскопичность высокоосновного синтетического флюса
title_full	Гигроскопичность высокоосновного синтетического флюса
title_fullStr	Гигроскопичность высокоосновного синтетического флюса
title_full_unstemmed	Гигроскопичность высокоосновного синтетического флюса
title_sort	гигроскопичность высокоосновного синтетического флюса
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Научно-технический раздел
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103017
citation_txt	Гигроскопичность высокоосновного синтетического флюса / С.И. Моравецкий // Автоматическая сварка. — 2011. — № 12 (704). — С. 24-29. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT moraveckijsi gigroskopičnostʹvysokoosnovnogosintetičeskogoflûsa AT moraveckijsi hygroscopicityofhighbasicsyntheticflux
first_indexed	2025-11-27T15:32:42Z
last_indexed	2025-11-27T15:32:42Z
_version_	1849958145501167616
fulltext	УДК 621.791.3.048 ГИГРОСКОПИЧНОСТЬ ВЫСОКООСНОВНОГО СИНТЕТИЧЕСКОГО ФЛЮСА С. И. МОРАВЕЦКИЙ, инж. (Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины) Экспериментально установлено, что гигроскопичность синтетического кислого флюса находится на том же уровне, что и у стандартных плавленых флюсов. С повышением основности синтетических флюсов от 0,8 до 2,4 их гигроскопичность возрастает не менее чем в 10 раз. Это, вероятно, обусловлено наличием свободной извести, образующейся в синтетическом флюсе в результате твердофазной реакции между оксидом магния и фторидом кальция во время спекания флюса. Результаты термодинамического расчета и данные эксперимента подтверждают сделанное предположение. К л ю ч е в ы е с л о в а : сварочный флюс, оксидно-фторид- ная система, основность, гигроскопичность, фазовый сос- тав, твердофазная химическая реакция Важным результатом исследований, выполнен- ных в ИЭС им. Е. О. Патона, была разработка сварочных флюсов, получаемых путем твердофаз- ного синтеза исходных шихтовых компонентов и механического измельчения спеченного продук- та на гранулы [1]. Увеличение основности флюсов может вызы- вать ухудшение их сварочно-технологических свойств. Указанная тенденция была отмечена и для синтетического флюса. Так, после сравнитель- но недолгой выдержки флюса СФТ-6 (ТУ ИЭС 839–93) с основностью ВМИС = 2,4 во влажных атмосферных условиях при наплавке под ним низ- колегированной теплоустойчивой стали обнару- жены некоторое ухудшение формирующей спо- собности флюса, потускнение поверхности шва, а в некоторых случаях — и единичные поры. При повторной прокалке такого флюса при 550…600 °С в течение 2 ч эти недостатки устранялись. Вы- держка во влажной атмосфере низкоосновных синтетических флюсов, например опытного флю- са СФ-1 (ВМИС = 0,8), не приводит к заметному ухудшению сварочно-технологических свойств. Поэтому можно предположить, что с ростом ос- новности синтетические флюсы, подобно другим, приобретают повышенную гигроскопичность. Цель настоящей работы заключалась в экспе- риментальном определении гигроскопичности и установлении причин ее увеличения с ростом ос- новности синтетических флюсов типа СФТ-6 сис- темы MgО–CaF2–Al2O3–SiO2. Для сравнительных оценок определяли также гигроскопичность стан- дартных флюсов других типов (агломерирован- ного, плавленых стекловидных и плавленого пем- зовидного), а также низкоосновного синтетичес- кого флюса. Для изготовления синтетических © С. И. Моравецкий, 2011 Т а б л и ц а 1. Некоторые шихтовые материалы, используемые для изготовления синтетических флюсов Шихтовый материал Основной компонент материала Марка Нормативный документ Порошок периклазовый спеченный для сталеплавильного производства (магнезит) MgO ППК-88 ГОСТ 24862–81 Концентрат плавикошпатный кусковой (флюорит) CaF2 ФКС-95A ГОСТ 4421–73 Глинозем Al2O3 ГК ГОСТ 6912–87 Полевой шпат для электродных покрытий NaK[AlSi3O8] ПШМ ГОСТ 4422–73 Стеклобой* Na2O⋅CaO⋅6SiO2 — — Песок кварцевый SiO2 ПБ-150-1 ГОСТ 22551–77 Концентрат марганцеворудный для покрытия электродов MnО — ГОСТ 4418–75 Марганец металлический Mn Mн95 ГОСТ 6008–90 Известь кальциевая негашеная CaО Сорт 1 ГОСТ 9179–77 Графит кристаллический литейный С ГЛ-1 ГОСТ 5279–74 * Порошковый материал, продукт помола натрий-кальций-силикатного стекла (Soda-lime glass), являющегося браком и отходами производства посуды и декоративных стеклянных изделий по ГОСТ 24315–80 и (или) листового стекла по ГОСТ 111–2001. 24 12/2011 флюсов (объектов исследования данной работы) выбрали шихтовые компоненты из табл. 1. Оп- ределение гигроскопичности флюсов проводили с помощью гравиметрического метода. Влага во флюсах условно подразделяется на нес- колько форм, отличающихся видом и энергией свя- зи между атомами водорода, кислорода и матери- алом флюса [2]. Значение указанной энергии оп- ределяет температуру термической десорбции влаги из флюса. В плавленых флюсах, гранулированных выливанием расплава в воду, бoльшая часть хи- мически связанной влаги (около 80 %) относится к высокотемпературной форме и удаляется при зна- чениях температуры 800…1000 °С [2]. Во флюсах, не подвергающихся «мокрой» грануляции, высо- котемпературная форма влаги отсутствует. Для определения содержания влаги во флюсах существует стандартный метод [3], позволяющий установить общее (валовое) выделение влаги из флюса в температурном интервале 20…1000 °С. Однако ввиду поставленной задачи предстояло оценить гигроскопичность флюсов, т. е. их спо- собность поглощать влагу после повторной про- калки и при последующей выдержке в атмосфере. Объектами оценки были флюсы, существенно от- личающиеся по способу изготовления и поэтому постоянно содержащие заранее неизвестное ко- личество влаги различных форм. С учетом отме- ченного применение метода, описанного в работе [3], с неизбежностью приведет к получению чис- ленных результатов, которые трудно интерпрети- ровать и корректно сравнивать без проведения большого количества вспомогательных экспери- ментов. Влага, сорбированная флюсами в ходе данного эксперимента, являлась бы в каждом слу- чае неопределенным слагаемым в уровне ее ва- лового выделения, определяемого методом, при- веденным в работе [3]. Вместе с тем проще оце- нить гигроскопичность флюсов, выдерживая не- большие порции (навески) флюсов в атмосфере с заданной относительной влажностью и опре- деляя прирост их массы путем взвешивания до и после выдержки, как например в работе [4]. Перед испытанием агломерированный флюс ОК 10.63 прокаливали при температуре 300 °С, 2 ч (рекомендация производителя — фирмы ЭСАБ, Швеция). Плавленые флюсы АН-43, АН- 67Б, АН-66 и синтетический СФ-1 прокаливали при 400 °С, 2 ч; флюсы АН-22М и СФТ-6 — при 570 °С, 2 ч (с учетом общих рекомендаций работы [5]). Непосредственно после прокалки и охлаждения до значения температур, близких к комнатным, производили начальное взвешивание навесок указанных флюсов массой 30…80 г. За- тем навески помещали в атмосферу, создаваемую в плотно закрытом эксикаторе с водой на дне, и выдерживали при температуре 20…25 °С. Тол- щина слоя флюсов в навесках равнялась 12…15 мм. Размер гранул флюсов составлял 0,63…2,00 мм. В ходе эксперимента навески взве- шивали с помощью аналитических весов и набора разновесов 4-го класса точности по ГОСТ 7328– 61. Результаты испытания отражены на рисунке и табл. 2, где приведены значения основности, вычисленные по формуле МИС [6] с использова- нием средних массовых долей компонентов по дан- ным соответствующих нормативных документов. Как следует из рисунка, гигроскопичность синте- тического флюса СФТ-6 (кривая 2) за 744 ч вы- держки лишь на 19 % ниже, чем агломерирован- ного флюса ОК 10.63 (кривая 1). Далее в штатную технологию изготовления высокоосновного синтетического флюса внесли следующие изменения: нагрев и охлаждение спе- каемой шихты вместе с печью, повышение мак- симальной температуры спекания от 1050 до Т а б л и ц а 2. Гигроскопичность флюсов различных типов Марка флюса Тип флюса Основ- ность флю- са ВМИС Гигроско- пичность, мас. % ОК 10.63 Агломерированный 2,56 8,4 СФТ-6 Синтетический 2,40 6,8 Б1 » 2,40 3,08 АН-66 Плавленый пемзовидный 0,97 0,34 АН-22М Плавленый стекловидный 1,35 0,32 СФ-1 Синтетический 0,80 0,29 АН-67Б Плавленый стекловидный 1,04 0,097 АН-43 » 1,12 0,050 Гигроскопичность за 744 ч выдержки во влажной атмосфере. Кинетика поглощения влаги сварочными флюсами: 1 — ОК 10.63; 2 — СФТ-6; 3 — Б1; 4 — АН-66; 5 — АН-22М; 6 — СФ-1; 7 — АН-67Б; 8 — АН-43; m — относительный прирост массы 12/2011 25 1160 °С и длительности выдержки при макси- мальной температуре от 1 до 2 ч. Гигроскопич- ность высокоосновного синтетического флюса ба- зового состава, спеченного по измененной тех- нологии (табл. 2, флюс Б1, рисунок, кривая 3), оказалась в 2,2 раза ниже, чем у флюса СФТ-6. Однако и при этом гигроскопичность синтетичес- кого флюса остается существенно выше, чем у наиболее гигроскопичного из плавленых флюсов — пемзовидного марки АН-66. Гигроскопичность низкоосновного синтетического флюса СФ-1 соиз- мерима с гигроскопичностью плавленых флюсов. Следует отметить, что определенные значения прироста массы навесок характеризуют общий (валовый) уровень поглощения флюсами влаги различных форм. В плавленых флюсах типа АН- 348А доля влаги, сорбированная поверхностью зе- рен, микропор и удаляющаяся при температурах 20…200 °С, составляет всего 5 %. В интервале 20…600 °С удаляется 15 % общего количества влаги, которую следует относить, по-видимому, к сорбированной и цеолитной формам. Основное количество влаги удаляется из флюса при нагреве выше 800 °С и относится к химически связанной форме в виде гидроксильных групп [2]. Точное соотношение в распределении различных форм влаги, поглощенной синтетическими флюсами, может дать только применение специальных ме- тодов исследования. Тем не менее полагаем, что доля влаги, сорбированной поверхностью зерен и микропор синтетических флюсов, имеет тот же порядок, что и у плавленых. Учтем также, что появление в синтетическом флюсе цеолитов ис- ключено из-за существенного отличия условий природного и промышленного их синтеза [7] от условий спекания синтетических флюсов [1]. Сле- довательно, пренебрегая долей сорбированной влаги в виду ее малости, в дальнейшем считаем, что вся влага, поглощенная синтетическим флю- сом, относится к химически связанной форме. Таким образом, изменение компонентного сос- тава и основности, отраженное в табл. 3, вызвало резкое (в 10…23 раза) повышение гигроскопичности синтетического флюса. Исходя из этих данных и с учетом указанных замечаний предположили, что та- кое изменение компонентного состава способство- вало появлению в готовом флюсе склонных к гид- ратации химических соединений, которые и обус- ловили (подобно силикат-глыбе в агломерированных флюсах) повышение склонности флюса к поглоще- нию влаги. В связи с этим представляло интерес исследование фазового состава флюса СФТ-6. Фазовый рентгеноструктурный анализ флюса СФТ-6, выполненный с помощью дифрактометра «ДРОН-УМ1» в монохроматическом CuKα-излу- чении методом пошагового сканирования (уско- ряющее напряжение 35 кВ, ток 25 мА), позволил выявить основные компоненты фазового состава флюса СФТ-6 — флюорит CaF2, алюмомагнези- альную шпинель MgO⋅Al2O3, форстерит 2MgO⋅SiΟ2, куспидин 3CaO⋅2SiO2⋅CaF2 и свобод- ный MgO. Флюс содержит также небольшие и сле- довые количества диопсида CaO⋅MgO⋅2SiO2, псев- доволластонита α-CaO⋅SiO2 и других соединений. Номенклатура основных компонентов в составе флюса СФ-1 (для которого ранее проводился ана- логичный анализ [1]) не совпадает с приведенной и включает нефелин β-Na2O⋅Al2O3⋅2SiO2, энс- Т а б л и ц а 3. Влияние компонентного состава, основности и параметров спекания синтетических флюсов на их гигроскопичность* Марка флюса Массовая доля компонентов, % Особенности спекания BМИС Гигрос- копич- ность, мас. % Магне- зит Флю- орит Гли- нозем Полевой шпат Стекло- бой Руда марган- цевая Марга- нец ме- талли- ческий Графит СФ-1 5 15 20 — 50 10 — — Установка шихты в печь, нагретую до температуры 950 °С, выдержка при этой температуре 1 ч, охлажде- ние на воздухе 0,8 0,29 СФТ-6 31 26,25 16 23 — — 1,75 2 Установка шихты в печь, нагретую до температуры 1050 °С, выдержка при этой температуре 1 ч, охлажде- ние на воздухе 2,4 6,8 Б1 31 26,25 16 23 — — 1,75 2 Выдержка шихты при мак- симальной температуре 1160 °С в течение 2 ч, нагрев и охлаждение с печью 2,4 3,08 * Сопоставлены значения гигроскопичности за 744 ч выдержки во влажной атмосфере. 26 12/2011 татит MgO⋅SiO2, андалузит Al2O3⋅SiO2, браунит MnO⋅SiO2, волластонит β-CaO⋅SiO2 и диопсид. Попытаемся экспериментально определить, ка- кие из химических соединений флюса СФТ-6 от- ветственны за его высокую гигроскопичность. С этой целью произведем спекание упрощенных мо- дельных шихт, состоящих из фторида и оксидов. Последние выбраны во взаимном мольном соот- ношении, отвечающем известным минералам. От- ношение массовой доли фторида к суммарной массовой доле оксидов в шихте составляло 2:3, что характерно для флюсов с большим содержа- нием CaF2. Предполагали, что при таких соот- ношениях и наличии необходимых термодинами- ческих условий выход исследуемого соединения будет максимальным. В то же время удастся вос- произвести все особенности твердофазных реакций между компонентами, которые обусловливает на- личие большого количества CaF2. Компонентный состав шихт приведен в табл. 4. Использовали ших- товые материалы, приведенные в табл. 1. Путем механического измельчения и просеи- вания из спеченных шихт получали гранулиро- ванный материал с тем же размером зерен, что и у ранее испытанных флюсов. Далее оценивали гигроскопичность полученных гранулированных продуктов с помощью указанного гравиметричес- кого метода. Максимальная длительность выдер- жки во влажной атмосфере для всех навесок ог- раничивалась 336 ч. С учетом возможности су- ществования во флюсах реальных составов не- прореагировавших компонентов в свободном сос- Т а б л и ц а 4. Компонентный состав и гигроскопичность спеченных модельных шихт Марка шихты Массовая доля компонентов, % m, мас. % Флюорит Оксид маг- ния Магнезит Глинозем Известь Полевой шпат Кварцевый песок Другие компоненты Базовый состав флюса СФТ-6 СФТ-6 26,25 — 31 16,0 — 23,0 — Графит 2,0; Mn 1,75 3,50 Б1 26,25 — 31 16,0 — 23,0 — » 2,05 Шихта состава флюорит + алюмомагнезиальная шпинель MgO⋅Al2O3 ФШ 41,0 — 18,0 41,0 — — — — 0,22 ФШ-1* 36,9 — 16,2 36,9 — 10,0 — — 0,21 Флюорит + форстерит (2MgO⋅SiO2) ФФ 39,77 — 35,28 — — — 24,95 — 0,50 Флюорит + диопсид (CaO⋅MgO⋅2SiO2) ФД 39,0 — 12,0 — 17,0 — 32,0 — 0,47 Флюорит + волластонит (CaO⋅SiO2) ФВ 40,0 — — — 29 — 31,0 — 0,13 Куспидин (3CaО⋅2SiO2⋅CaF2) К 21,3 — — — 45,9 — 32,8 — 0,17 Фторсиликаты с избытком и недостатком полевого шпата ФС1 31,0 — — — — 69,0 — — 0,11 ФС2 43,0 7,4 — — — 49,6 — — 0,04 Флюорит + магнезит (CaF2⋅MgO) ФМ 65,0 — 35 — — — — — 1,46 Шихтовые компоненты (известь, химически чистый MgO, глинозем, магнезит, флюорит, полевой шпат) И — — — — 100 — — — 30,10 MgO — 100 — — — — — — 2,60 Г — — — 100 — — — — 0,83 М — — 100 — — — — — 0,21 Ф 100 — — — — — — — 0,07 ПШ — — — — — 100 — — 0,04 * Относительный прирост массы навесок гранулированных продуктов за 336 ч выдержки во влажной атмосфере. ** Шихта с добавкой полевого шпата для улучшения спекаемости. 12/2011 27 тоянии (например, MgO, CaF2) определяли также гигроскопичность отдельных шихтовых компо- нентов после их термообработки по режиму спе- кания модельных шихт (максимальная темпера- тура 1125 °С; время нагрева до максимальной температуры 2 ч; длительность выдержки при максимальной температуре 2 ч; нагрев и охлаж- дение шихт с печью). Относительный прирост массы навесок, харак- теризующий гигроскопичность спеченных про- дуктов, указан в табл. 4. Установлено, что гиг- роскопичность фаз флюса СФТ-6 не выходит за пределы диапазона от 0,07 для флюорита до 0,50 мас. % для спеченной смеси флюорит + форсте- рит. Отмечено, что гигроскопичность чистого MgO (оксид магния особочистый ТУ 6-09-2807– 78) на порядок выше, чем обожженного магне- зита. Однако даже если гипотетически принять, что весь магнезит в шихте флюса СФТ-6 был не только химически инертен во время спекания, но и получил свойства чистого MgO, то его вклад в прирост массы флюса составил бы 0,31⋅2,6 = = 0,81 %, что существенно меньше фактически зафиксированной гигроскопичности флюса СФТ- 6 при любых условиях спекания (2,0…3,5 мас. % за 336 ч). Из этих данных следовало, что увели- ченная гигроскопичность синтетического флюса СФТ-6 не может быть объяснена суммарным вкла- дом основных его минеральных составляющих. Однако экспериментальные данные, полученные в работе [8], позволили предположить, что по- вышенная гигроскопичность флюса СФТ-6 соз- дается вкладом свободной извести CaO в составе готового флюса. Как показано в работе [8], при нагреве мно- гокомпонентной шихты агломерированного флю- са с преобладанием кислых оксидов свободная известь может являться промежуточным продук- том химических реакций между CaF2, оксидами и силикат-глыбой с образованием и распадом сложных оксифторидов благодаря действию ме- ханизма анионного перераспределения между ка- тионами кальция и магния. В дальнейшем появившаяся в таком флюсе известь расходуется на образование минерала анортита. Если опустить возможные промежуточные ре- акции образования оксифторидов магния и каль- ция, то процесс образования извести можно пред- ставить более простой реакцией MgO(тв) + CaF2(тв) ←→ CaО(тв) + MgF2(тв). (1) Константа равновесия такой реакции может быть записана как kp = (aCaO⋅aMgF 2 ) ⁄ (aCaF 2 ⋅aMgO), (2) где a — активность веществ, указанных в ин- дексах. Применяя точный метод Л. П. Владимирова и справочные значения величин [9], можно рас- считать температурную зависимость константы равновесия этой реакции. С учетом формулы (2) полученные расчетом значения lg kp от –3,027 до –2,414 при значениях температуры соответствен- но от 800 до 1127 °С свидетельствуют о появ- лении в системе MgO(тв)–CaF2(тв) после длитель- ной ее выдержки при температуре 1125 °С нес- кольких процентов продуктов реакции (1). Ука- занная реакция имеет тенденцию интенсифици- роваться с ростом температуры. С целью проверки возможности образования свободной извести по реакции (1) была спечена модельная шихта, состоящая из MgO и CaF2 в мольном соотношении 1:1. Гигроскопичность спе- ченного продукта составила 1,46 мас. % за 336 ч выдержки, что соответственно в 7 и в 21 раз выше, чем у магнезита и флюорита, спеченных по от- дельности (табл. 3). Полученный результат сви- детельствует о том, что в процессе спекания в системе MgO(тв)–CaF2(тв) появляется фаза, гигрос- копичность которой намного выше, чем у исход- ных компонентов. Оценена также гигроскопич- ность извести после термообработки по режиму спекания модельных шихт, которая составила 30,1 мас. % за 336 ч выдержки в эксикаторе. Этот ре- зультат хорошо согласуется с теоретическим cоот- ношением молярных масс негашеной (CaO) и га- шеной (Ca(OH)2) извести. Последняя больше пер- вой на 32,12 %. Учитывая аддитивность гигроскопичности mΣ спеченного продукта системы MgO(тв)–CaF2(тв) от вкладов всех фаз этого продукта и допуская, что указанный спеченный продукт не содержит иных веществ, кроме исходных реагентов и продуктов реакции (1), можно приближенно оценить содер- жание в нем свободной извести. Для этого примем также, что гигроскопичность флюорита mф и фто- рида магния mMgF 2 равны. Совокупность магне- зита, флюорита и MgF2 в спеченном продукте рас- смотрим как одно вещество, гигроскопичность m0 которого состоит из вкладов магнезита mм и флю- орита mф, принятых с учетом их массовых долей в исходной шихте m0 = 0,65mф + 0,35mм = = 0,65⋅0,07 + 0,35⋅0,21 = 0,119 %. Зная гигроскопичность извести mи, ее массо- вую долю хи в спеченном продукте системы MgO(тв)–CaF2(тв) легко определить путем решения следующего уравнения относительно хи mΣ = хиmи + (1 – хи)m0. (3) 28 12/2011 Расчет по выражению (3) показал, что содер- жание свободной извести в спеченном продукте системы MgO(тв)–CaF2(тв) составляет 4,47 мас. %. Такие минералы, как алюмомагнезиальная шпи- нель MgO⋅Al2O3, алюминаты кальция CaО⋅Al2O3 и CaО⋅2Al2O3 и др. являются термодинамически весьма устойчивыми соединениями в широком температурном интервале. Поэтому их образова- ние начинается при достижении достаточной диф- фузионной подвижности атомов исходных ком- понентов, что обеспечивается повышением тем- пературы. В реальных условиях множество фак- торов (дефектность решетки, наличие примесей и конституционной влаги в компонентах, появление в солеоксидных системах жидких и газовых фаз) способствует минералообразованию, снижая темпе- ратуру начала твердофазных реакций. Например, образование шпинели из компонентов промышлен- ной чистоты и естественной влажности становится заметным уже при 700…800, форстерита — при 900 °С [10]. В силу этого в шихте спекаемого флю- са, где основные оксиды и флюорит преобладают над кислыми оксидами, последние к моменту дос- тижения оксидной системой максимальной темпе- ратуры, вероятно, полностью или большей частью расходуются на образование комплексных оксидов и оксифторидов. Флюорит и магнезит, напротив, остаются в избытке. В этих условиях известь, об- разующаяся по реакции (1), при температуре при- мерно 700…1100 °С, реагирует, например с Al2O3, образуя алюминаты кальция. Однако после исчер- пания свободного Al2O3 известь, появляющаяся во время выдержки при максимальной температуре, не может быть быстро связана в минералы. Повышение температуры спекания и длитель- ности выдержки при максимальной температуре заметно снижает гигроскопичность высокооснов- ного синтетического флюса (см. рисунок, табл. 1). Такую закономерность можно объяснить, веро- ятно, уменьшением содержания свободной извес- ти вследствие процессов взаимного растворения компонентов при высоких температурах, а также реагирования CaО с первичными химическими со- единениями с образованием более сложных вто- ричных минералов [10]. Однако скорость этих процессов, по-видимому, недостаточна для пол- ного связывания извести, образованной по ре- акции (1). Следовательно, некоторое количество CaО остается в свободном виде, обусловливая по- вышенную гигроскопичность готового высокоос- новного синтетического флюса системы MgО– CaF2–Al2O3–SiO2. Выводы 1. Показано, что с возрастанием основности син- тетического флюса от 0,8 до 2,4, что обеспечи- вается одновременным увеличением в его составе массовых долей магнезита и флюорита, гигрос- копичность флюса возрастает в 10…23 раза и ста- новится соизмеримой с гигроскопичностью агло- мерированных флюсов. 2. Определено, что причиной высокой гигрос- копичности синтетических флюсов системы MgО–CaF2–Al2O3–SiO2 является наличие в их сос- таве свободной извести, образующейся в резуль- тате химической реакции между CaF2 и MgО, про- текающей в системе MgО–CaF2–Al2O3–SiO2 при высоких (примерно 1100 °С) значениях темпера- туры и отсутствии кислых оксидов в свободном виде, которые могли бы эффективно связывать известь в минералы. 3. Установлено, что путем повышения темпе- ратуры спекания и длительности выдержки при этой температуре можно значительно снизить гиг- роскопичность высокоосновных синтетических флюсов. Вместе с тем гигроскопичность остается существенно выше, чем у плавленых. 1. Синтетические сварочные флюсы, изготовление и области применения / Б. С. Касаткин, А. К. Царюк, Ю. Н. Вахнин и др. // Автомат. сварка. — 1994. — № 3. — С. 62–66. 2. О форме существования водорода в сварочных плавле- ных флюсах / И. А. Гончаров, А. П. Пальцевич, В. С. То- карев и др. // Там же. — 2001. — № 4. — С. 28–32. 3. ГОСТ 22974.14–90. Флюсы сварочные плавленые. Ме- тод определения содержания влаги. — М.: Изд-во стан- дартов, 1991. — 7 с. 4. Кузьменко В. Г., Гузей В. И. Гидратация флюсов с ло- кально измененным химическим составом зерен // Авто- мат. сварка. — 2004. — № 4. — С. 44–46. 5. Потапов Н. Н. Основы выбора флюсов при сварке ста- лей. — М.: Машиностроение, 1979. — 168 с. 6. Основность расплавленных флюсов и возможность ее экспериментального определения / В. И. Галинич, В. Э. Сокольский, В. П. Казимиров, В. А. Шовский // Авто- мат. сварка. — 1991. — № 5. — С. 35–37. 7. Еремин Н. И. Неметаллические полезные ископаемые // http:web.ru/db/msg.html?mid=1172887&uri=glava10.htm. 8. О фазовых превращениях в агломерированном флюсе солеоксидной шлаковой системы при нагреве / В. Э. Со- кольский, А. И. Роик, А. О. Давиденко и др. // Автомат. сварка. — 2010. — № 12. — С. 13–19. 9. Владимиров Л. П. Термодинамические расчеты равнове- сия металлургических реакций. — М.: Металлургия, 1970. — 528 с. 10. Будников П. П., Гинстлинг А. М. Реакции в смесях твер- дых веществ. — М.: Госстройиздат, 1965. — 476 с. It was experimentally found that hygroscopicity of synthetic acid fluxes is at the same level as that of standard fused fluxes. Hygroscopicity of the synthetic fluxes grows not less than 10 times with increase in their basicity from 0.8 to 2.4. This probably is caused by the presence of a free lime, which forms in the synthetic flux as a result of the solid-phase reaction occurring between magnesium oxide and calcium fluoride in flux sintering. The thermodynamic calculation results and experimental data confirm the above assumption. Поступила в редакцию 06.09.2011 12/2011 29

Гигроскопичность высокоосновного синтетического флюса

Репозитарії

Схожі ресурси