CC BY
68
УДК 66.011;621.791.04
НОВЫЕ СХЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ СЫРЬЯ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА
Ю.В. Чеканова, А.И. Николаев, В.Б. Петров, Ю.Г. Быченя
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН, Аатиты, Россия
Аннотация
Рассмотрена усовершенствованная схема радиационной очистки сфенового концентрата, позволяющая снизить эффективную радиоактивность до значений, соответствующих материалам I-II класса радиационной безопасности при незначительных потерях концентрата. Также предложена принципиальная схема легирования шихты обмазочной массы электродов. Введение легирующих элементов осуществляется на основе способности некоторых минеральных концентратов к их сорбции. Это позволит получить многофункциональные компоненты сварочных материалов, способствующих улучшению сварочно-технологических характеристик шва.
Ключевые слова:
сварочные материалы, радиоактивность, легирование.
NEW MANUFACTURING FLOW CHARTS FOR WELDING MATERIAL COMPONENTS FROM SOURCES AVAILABLE ON THE KOLA PENINSULA
U.V. Chekanova, A.I. Nikolaev, V.B. Petrov, U.V. Bychenya
I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Kola Science Center of the RAS, Apatity, Russia
Abstract
The improved scheme for purification sphene concentrate is proposed, this scheme reduces the effective radioactivity of concentrate up to the values corresponding of the materials I-II class of radiation safety with minor losses of concentrate. As well as it is proposed the principal scheme for alloying of coating of the electrodes. Introduction of the alloying elements is based on these elements sorption by the concentrates in sufficient quantities. This method will provide to obtain multifunctional components of welding materials that improve the characteristics of the weld metal.
Keywords:
welding materials, radioactivity, alloying of electrode coating.
После распада СССР многие крупные электродные предприятия остались на территории современной Украины. Таким образом, в связи со сложившейся политической и экономической обстановкой возникли сложности в импорте качественных сварочных электродов, а также сырья для их производства. Уже многие годы ведется научно-исследовательская работа по изысканию новых сырьевых источников сварочных материалов со стабильными свойствами, а также альтернативных традиционным компонентов покрытия электродов. ИХТРЭМС совместно с ЦНИИ КМ «Прометей», ОАО «Апатит», НПК «Механобр-техника» и другими организациями проводит работу по введению в состав покрытия электродов компонентов на основе сырья Кольского полуострова [1-3]. Большой интерес у сварщиков вызывает природнолегированный сфеновый концентрат, введение которого в состав покрытий позволяет улучшить качества сварного шва [4, 5]. Однако сфеновый концентрат, получаемый как попутный продукт апатит-нефелинового производства, имеет ряд недостатков для применения его в качестве компонента покрытия сварочных электродов. В первую очередь, это наличие лимитируемых примесей фосфора (за счет примеси минерала апатита) и серы (за счет небольших включений сульфидных минералов). По разработанной ИХТРЭМС технологии очистки сфенового концентрата от примеси фосфора серной кислотой удалось достичь требуемых значений по содержанию как фосфора, так и серы для его применения в сварочных материалах [6, 7]. Однако в настоящее время требования по содержанию лимитируемых примесей ужесточились (до значений < 0.05 мас. %), что потребовало внесения изменений в существующую технологию. Модернизация технологии заключалась в замене серной кислоты на соляную, что позволило избежать вторичного загрязнения концентрата примесью серы, увеличении времени взаимодействия концентрата с кислотой, а также в увеличении количества промывных вод. Таким образом, удалось удовлетворить требованиям сварщиков и совместно разработать технические условия на обесфосфоренный сфеновый концентрат ТУ 1715-081-00203938-2008.
За счет содержания в сфеновом концентрате примеси перовскита он относится к материалам II-III класса радиационной безопасности (Аэфф > 370 Бк/кг). Для применения в качестве сварочных материалов допустимыми считаются продукты, относящиеся к I-II классу радиационной безопасности (Аэфф < 740 Бк/кг). Таким образом, актуальным становится вопрос об отделении перовскита на стадии обогащения сфенового
101
концентрата. Плешаковым с соавторами была предложена схема радиационной очистки сфенового концентрата с использованием методов магнитной и электростатической сеперации [8, 9]. При реализации данной схемы на оборудовании, собранном на базе Горного института КНЦ РАН, удалось снизить удельную эффективность концентрата до значений менее 650 Бк/кг, однако потери концентрата при этом составили до 50%, что недопустимо для внедрения предложенной технологии в промышленность. Перед нами стояла задача снижения удельной радиоактивности сфенового концентрата при снижении его потерь. Модернизированная схема представлена на рис.1. Для ее реализации использовали оборудование, выпускаемое НПК «Механобр -техника».
Ведение стадии нагрева концентрата до 200°С позволило уйти от рассева концентрата на фракции, а также четырехкратной перечистки промпродукта. В ходе магнитной и электростатической сепарации были получены следующие фракции: магнитная, проводящая, непроводящая и промпродукт. Максимальной удельной
радиоактивностью обладают магнитная (811±96 Бк/кг) и проводящая (1020±125 Бк/кг) фракции, их суммарная доля составляет 10.6%. Целевая фракция, удельная радиоактивность которой снизилась до 624±75 Бк/кг, относится к материалам II класса по радиационной безопасности [10]. Таким образом, при реализации усовершенствованной нами схемы удается снизить эффективную радиоактивность при допустимых потерях концентрата.
Рис. 1. Усовершенствованная схема радиационной очистки сфенового концентрата
Другой областью научных изысканий сварщиков является оптимизация сварочно-технологических характеристик металла шва. Для решения данной задачи применяют различные легирующие элементы, вводимые в состав сварочных компонентов. Традиционным способом легирования покрытий электродов является применение различных ферросплавов. Возможность легирования металла шва через содержащиеся в составе покрытия оксиды легирующих элементов была показана разными авторами [11-13]. На основании этих данных нами была разработана схема легирования шихты обмазочной массы электрода. Технологическая схема представлена на рис.2 и защищена патентом РФ [14]. Суть предлагаемого метода заключается в сорбционной способности некоторых компонентов сварочных материалов. Такие компоненты с помощью сорбции легируют необходимыми элементами, а затем вводят в состав обмазочной массы электродов [15]. Наработанные по рассматриваемой схеме образцы прошли модельные испытания, в которых показали положительное влияние на содержание диффузионного водорода в наплавленном металле.
Рассматриваемые в данном докладе новые схемы получения компонентов покрытий электродов позволяют решить ряд актуальных проблем, связанных с применением минеральных продуктов Кольского полуострова в качестве сварочных материалов. Так, при реализации усовершенствованной схемы радиационной очистки сфенового концентрата удалось снизить его эффективную радиоактивность до допустимого уровня при одновременном снижении потерь сфена на стадии обогащения в 2-5 раз. При использовании схемы легирования шихты обмазочной массы покрытий электродов методом сорбции удалось достичь равномерности распределения малых количеств легирующих элементов в составе покрытий электродов, что повышает качество сварочных электродов.
102
Рис. 2. Схема легирования шихты обмазочной массы покрытия электродов
Литература
1. Характеристика сырьевой базы Карело-Кольского региона для производства сварочных материалов /
А.И. Николаев, В.Б. Петров, Ю.Г. Быченя, Ю.В. Плешаков, Н.Я. Васильева, Ю.Д. Брусницин // Сварочное производство. 2000. № 5. С. 36-40.
2. Титановое и титано-редкометалльное сырье Кольского полуострова для производства сварочных материалов / А.И. Николаев, Л.Г. Герасимова, В.Б. Петров, Ю.В. Плешаков, Ю.Д. Брусницын // Сварочное производство. 2004. № 9. С. 45-49.
3. Калинников В.Т., Николаев А.И., Брусницын Ю.Д. Перспективы использования минерально-сырьевой базы Карело-Кольского региона для производства сварочных материалов и флюсов // Вопросы материаловедения. 2006. № 1 (45). С. 201-211.
4. Сфеновый концентрат - перспективное титансодержащее сырье для получения пигментов и сварочных материалов / Ю.В. Плешаков, А.И. Алексеев, Л.Г. Герасимова, А.И. Николаев, Н.Я. Васильева // Обогащение руд. 2005. № 4. С. 34-37.
5. Исследование кинетики влаго- и газовыделения из агломерированных флюсов и используемых для их изготовления исходных компонентов в инертной среде при высокотемпературном нагреве / С.И. Шекин,
A. В. Баранов, Е.В. Андронов и др. // Вопросы материаловедения. 2003. № 4 (36). С. 34-40.
6. Технология комплексного обогащения апатит-нефелиновых руд / Ю.В. Плешаков, А.И. Алексеев, Ю.Е. Брыляков, А.И. Николаев // Обогащение руд. 2004. № 2. С. 15-17.
7. Очистка сфенового концентрата от примеси фосфора разбавленными минеральными кислотами / А.И. Николаев,
B. Б. Петров, Ю.В. Плешаков, Ю.Г. Быченя, Г.И. Кадырова // Химическая технология. 2007. № 3. С. 106-109.
8. Николаев А.И., Мельник Н.А., Плешаков Ю.В. Радиационная оценка новых сварочных материалов на основе сырья Карело-Кольского региона // Сварочное производство. 2000. № 1. С. 50-53.
9. Очистка сфенового концентрата от перовскита / В.К. Задорожный, А.И. Николаев, Н.А. Мельник и др. // Обогащение руд. 2006. № 6. С. 9-12.
10. Очистка сфенового концентрата от радионуклидов в обогатительном переделе / А.И. Николаев, Ю.В. Чеканова, В.Б. Петров, С.В. Дмитриев // Обогащение руд. 2014. № 2. С. 50-52.
11. Верхотуров А.Д., Бабенко Э.Г., Макиенко В.М. Методология создания сварочных материалов: монография / под ред. чл.-корр. РАН Б.А. Воронова. Хабаровск: ДВГУПС, 2009. 128 с.
12. Электрошлаковая сварка и наплавка / Б.Е. Патон [и др.]. М.: Машиностроение, 1980. 511 с.
13. Дудко Д.А., Сидорчук В.С. Металлургические процессы, протекающие при электрошлаковой сварке // Электрошлаковая сварка и наплавка. М.: Машиностроение, 1980. С. 89-135.
14. Пат. 2445198 Рос. Федерация, МПК В23К 35/40, В23К 35/365 (2006.1). Способ получения обмазочной массы для покрытия электродов / Петров В.Б., Адкина Ю.В., Быченя Ю.Г., Николаев А.И.; заявитель и патентообладатель Учреждение Российской академии наук Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН. № 2010152395/02; заявл. 21.12.2010.; опубл. 20.03.2012, Бюл. № 8.
103
15. Введение легирующих элементов в компоненты сварочных материалов методом сорбции / А.И. Николаев,
В.Б. Петров, Ю.В. Чеканова, Ю.Г. Быченя // Материалы Второй Российской конференции с международным участием «Новые подходы в химической технологии минерального сырья. Применение экстракции и сорбции» (Санкт-Петербург, 3-6 июня 2013 г.). СПб., 2013. Т. 2. С. 154-156.
Сведения об авторах
Чеканова Юлия Викторовна,
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева КНЦ РАН,
г. Апатиты, Россия, adkinayv@chemy.kolasc.net.ru Николаев Анатолий Иванович,
д. т.н., член-корреспондент РАН, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия, nikol_ai@chemy.kolasc.net.ru
Петров Виктор Борисович,
k. т.н., Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия, petrov@chemy.kolasc.net.ru
Быченя Юлия Германовна,
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия, nikol_ai@chemy.kolasc.net.ru
Chekanova Yulia Victorovna,
l. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, adkinayv@chemy.kolasc.net.ru
Nikolaev Anatoly Ivanovich,
Dr.Sc. (Engineering), Corresponding Member of the RAS, I.V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, nikol_ai@chemy.kolasc.net.ru Petrov Victor Borisovich,
PhD (Engineering), I.V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, petrov@chemy.kolasc.net.ru Bychenya Yulia Germanovna,
I.V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the KSC of the RAS, Apatity, Russia, nikol_ai@chemy.kolasc.net.ru
УДК 666.291.5
ИЗУЧЕНИЕ ПОВЕДЕНИЯ ТИТАНОМАГНЕНИТА ПРИ ОБЖИГЕ И В ГЛАЗУРНЫХ ПОКРЫТИЯХ
H. Ф. Щербина, Т.В. Кочеткова, Н.Н. Гришин
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия
Аннотация
Приведены результаты исследований по синтезу керамических пигментов на основе титаномагнетита с использованием в качестве модифицирующих добавок оксидов цинка, магния, кобальта и марганца. Методом рентгенофазового анализа определены фазовые составы полученных пигментов в зависимости от состава и температуры синтеза. Определены оптимальные составы пигментов и условия синтеза. Показано различное поведение пигментов одного состава при окрашивании глазурей.
Ключевые слова:
титаномагнетит, оксиды металлов, синтез, пигменты, шпинели, глазури.
EXPLORING THE TITANOMAGNETITE BEHAVIOUR DURING ROASTING AND IN GLAZE COATINGS
N.F. Scherbinа, T.V. Kochetkova, N.N. Grishin
I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Kola Science Centre of the RAS, Apatity, Russia
Abstract
A study on synthesis of ceramic pigments, based on titanomagnetite, involving zinc, magnesium, cobalt, and manganese oxides as modifiers, is presented. Using the XRD analysis, there were determined the phase compositions of obtained pigments, depending on composition and synthesis conditions. It has been shown that pigments of similar compositions behave differently during the glaze coloring.
Keywords:
titanomagnetite, metal oxides, synthesis, pigments, spinel, glazes.
104
