CC BY
35
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.PRIL.7-11 УДК 621.791.048
А. С. Орыщенко, С. И. Шекин
Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" им. И. В. Гэрынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт"», Санкт-Петербург, Россия
ПРИМЕНЕНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ КОМПОНЕНТОВ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ АГЛОМЕРИРОВАННЫХ ФЛЮСОВ
Аннотация
Агломерированные флюсы являются распространенными сварочными материалами. Они обладают преимуществами перед плавлеными флюсами. Наличие ферросплавов в составе агломерированных флюсов позволяет проводить легирование металла шва в широких пределах различными элементами. Выявлены новые перспективные минеральные компоненты и сплавы, технологии их обработки и применения для изготовления агломерированных флюсов, а также сварочных электродов высокого качества.
Ключевые слова:
агломерированные флюсы, сварочные материалы, минеральные компоненты, минеральные сплавы, лимитируемые примеси.
A. S. Oryshchenko, S. I. Shekin
The Federal State Unitary Enterprise
"Central Research Institute of Structural Materials «<Prometey»
Named by I. V. Gorynin of National Research Center «<Kurchatov Institute»",
St. Petersburg, Russia
APPLICATION OF MINERAL COMPONENTS IN THE MANUFACTURE OF AGGLOMERATED FLUXES
Abstract
Agglomerated fluxes are common welding materials. They have advantages over cheese fluxes. The presence of ferroalloys composed of agglomerated fluxes allows alloying metal seam in widely different elements. New prospective mineral components, alloys, processing technology and application for manufacturing agglomerated fluxes and welding electrodes of high quality are identified.
Keywords:
agglomerated fluxes, welding materials, mineral components, mineral alloys, limited impurities.
В настоящее время агломерированные флюсы являются распространенным сварочным материалом для дуговой автоматической сварки. Такие флюсы, сохраняя основные преимущества плавленых флюсов, дают возможность тщательно раскислить металл шва, легировать его в широких пределах различными элементами. Поскольку агломерированные флюсы не проходят в процессе изготовления стадию сплавления, они выделяют при сварке большое количество газов в дуговой промежуток, снижая парциальное давление водорода и азота, попадающего из воздуха. Наличие ферросплавов в составе агломерированных флюсов позволяет получать легирование металла шва элементами, которые не могут быть введены в шов через проволоку. Кроме того, отсутствие стадии сплавления компонентов позволяет не учитывать взаимную растворимость этих компонентов при выборе состава флюса. Все эти преимущества обусловили преобладающее применение флюсов такого типа в тех случаях, когда предъявляются повышенные требования к металлу шва по работе удара, чистоте по неметаллическим включениям, а также при необходимости сварки по ржавому металлу.
На практике агломерированные флюсы используются как для сварки металлоконструкций общего назначения, так и для ответственных конструкций, в том числе из хладостойких сталей, где требуется обеспечить высокую хладостойкость металла шва при температуре до -60 оС. Следует отметить, что современные требования к сварным соединениям хладостойких сталей в части обеспечения стойкости к хрупкому разрушению являются достаточно жесткими [1, 2].
Кроме того, агломерированные флюсы обеспечивают при сварке высокие технологические свойства (хорошую отделимость шлаковой корки с поверхности шва, хорошее формирование шва, устойчивость горения дуги), низкое содержание неметаллических включений и, как следствие, высокие служебные показатели сварного соединения.
Наиболее высокие механические свойства металла шва и стойкость против образования трещин обеспечивают агломерированные флюсы флюоритно-основного типа, которые содержат суммарные MgO + СаО + МпО + СаБ2 > 50 % при этом СаБ2 > 15 %, а SiO2 < 20 %. Эти флюсы, как правило, являются высокоосновными, обеспечивают достаточно низкое содержание кислорода в металле шва и способствуют его десульфурации. Именно флюоритно-основные флюсы в сочетании с соответствующими легированными проволоками применяются для сварки наиболее ответственных металлоконструкций, работающих в условиях низких температур.
Нужно отметить, что обеспечение необходимого качества изготовления сварочных материалов (не только агломерированных флюсов, но также электродов и порошковых проволок) в значительной степени зависит от качества применяемых компонентов. Последние исследования, проведенные в том числе и в нашем институте [3-8], позволили определить новые перспективные минеральные компоненты, технологии их обработки и применения для изготовления агломерированных флюсов, а также сварочных электродов.
Были разработаны новые синтетические компоненты на основе композиции алюмосиликатов кальция, нефелина и сфена, диоксида титана, оксидов кальция и магния — минеральные сплавы, использование которых позволило нейтрализовать повышенную активность к жидкому стеклу нефелина и сфена, традиционных компонентов — мрамора, глинозема, поташа, диоксида титана, плавикового шпата. Исследователями [3-5] было установлено, что минеральные сплавы являются надежным средством предотвращения взаимодействия компонентов с жидким стеклом, способствуют созданию необходимых условий для равномерного расплавления покрытия и управления свойствами шлака «на капле», «в сварочной ванне» при формировании потребительских свойств сварочных электродов как при сварке, так и эксплуатационных характеристик металла сварных швов. Использование таких сплавов приводит к существенному улучшению характеристик пластичности и вязкости металла шва и сварного соединения в целом [3-6].
Применение минерального сырья Мурманской области — нефелина и сфена, титаномагнетита, оливинита, минерального сырья других регионов потребует пересмотра рабочих рецептур сварочных агломерированных флюсов и электродов.
Имеющийся в институте опыт свидетельствует о том, что переработку рецептур флюсов и покрытия сварочных электродов следует производить с использованием компьютерных технологий и диаграмм фазовых равновесий неметаллических систем на основе постоянства состава шлака применительно к назначению и области применения выпускаемых марок сварочных агломерированных флюсов электродов.
Большая работа по изучению возможности применения минерального сырья Мурманской области была проведена авторами [3]. Были выделены перспективные материалы (рис. 1), а также технологии их переработки для обеспечения требований, предъявляемых к компонентам сварочных материалов. На основе этих и аналогичных исследований в дальнейшем необходимо продолжать работу по внедрению перспективного минерального сырья Северо-Запада, а также других регионов России, в производство сварочных материалов.
ХШИ1ЧЕСКШ1 СОСТАВ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ. Н
Татаясолержашее сырье. % масс
ильменнт (Гремяха- перовскнт сфен1 титаномагнетнт
Вырмесское) (Афрнкандское) (Хибинские) (Хибинские)
БЮг 0,49 3.7-1,7 31.2 0.50-0,60
СаО - 34.5-36.3 25.2 1.00-1.20
МеО 3.60 0.15-0.23 0.65 -
А1Ч)! 0.63 0.6-1.3 0.30 0.37-0.41
6.97 3.2-3.6 1.90 76.8-77.5
ГеО 36.89 - 0.60 76.8-77.5
МпО 0.92 - 0.75 1.70-1.80
Ка.-О 0.03 0.4-0.6 0.65 0.40-0.50
К;0 - До 0.3 0.20 0.40-0.50
ТЮ- 50,62 48.0-52,0 37.0 17,0-18,3
0,04 - - 0.50-0.55
РО. — — 0.03 0.03-0.10
503 - - 0.05 0,05-0.10
титановый шлак из титан омагнетата-Хибинские I
9.7
2.4
1.5 8.9
9.0
68,3 0.2 0.04 0.05
Магннй-калыгаевое сырье
доломит (Хибинское) форстерит1 (Ковдорское) олтти н н 1 (Ковдорское) дуннт-(Сопчео терское) днопсил1 (Ковдорское) ыелилит (Ковдорское)
ЬЮ: 4.45 40,6 37.2 40.02 55.4 38.4
СаО 25.3 0.6 0.7 0.74 24,6 35.1
МгО 18.0 51.9 40.0 46.26 14.5 9.1
АЬОз 0,11 - 0.6 1.12 1.3 3.4
РегОз 0.12 - 5.4 2.29 2.1 9.1
РеО - 5.4 12.9 6.07 1.5 2.8
МпО - - 0.18 0.12 0.07 0.05
N3^1 - - 0.21 0.065 0.20 2.3
К;0 0.05 0.14 0.05 0.10 0.08
ТЮ- - 0.14 0.16 0.04 0.4 -
Р-О, 0.027 0 048 0.015 0.02 0.054 0.056
0.014 0.012 0.006 0.05 0.13 -
Алюмосилнкдгное сырье
флогошг? (Ковдорское)
МУСКОВИТ
(Чупннское)
(Хкзоварское)
нефелин (Хибинское)
кварп - полевой шпат (Ёнское)
БЮ; СаО МгО АЬОз РеЮз ГеО N3^3 К.-0 ТЮ;
р,о,
50>
45,5
0.85 32.5 1.0 1.2 0.8 9.7
0,012
40.6
23.2 12.2 5.1 2.9 0.7 8.4
0,026 0,030
40.6 0.3 0.05 56.6 0.64
0.04 0.03 1,14
0,05
43.7 0,02 0.02 28.92 1,51
14.17 7.81 0.04 0.03
73 90 0.74 0.021 14.86 0.14
2.43 7.85
Новые продукты с РЗЭ. в пересчете на прокаленный продукт при ~ '0 Г (в стадии исследования)
феррогель (полу чем и! ГрС 1, маркя «ЧВСТЫВ'О
концентраты (кроме нефелинового), выделенные н] однвнннтовон руды Хабозерского месторождения.
иефедиисжын оливншгговый лизар тиювьтй__ац I иг орито выи
ЬЮ-СаО МгО А10з Бе^Оз РеО N3-0
к"о
ТЮ; Р:0-ЬаОз
0,18 0.03
0.04 95.1
1,32 0,03
0,78 в прок
42.9 0.02 0.02 28.6 1.45
14.08 7.81 0.04 0.03 1.07
40.8 0.83 43.77 0.78
13.90
51.76 0.35 46,74 0.98 0.96
1.84
47.9 1.29 26.3 3.82 16.07
0.89
1 Продукты подвергались очистке от примесей фосфора и серы -Шлак получен из титаяомагнетитового конпентрата Хибинского месторождения финской фирмой "Оутокумпу" и подвергнут нами очистке от примесей фосфора и серы.
Рис. 1. Перспективные минеральные компоненты для сварочных материалов Мурманской области по данным [3]
Общим требованием, предъявляемым к сырьевым материалам для производства агломерированных флюсов, является постоянство их химического состава. Нежелательно применение таких природных минералов, состав которых колеблется. Компоненты, отвечающие требованиям нормативных документов, установленным для электродных покрытий, пригодны и для производства агломерированных флюсов. Кроме того, важно, особенно для производства специальных флюсов и электродов, обеспечить низкий уровень содержания серы и фосфора в минеральных компонентах — не более 0,05 % по массе, так как от этого зависит качество получаемых сварочных материалов.
Что касается объемов потребления сварочных флюсов и соответственно компонентов для них, то в РФ это оценочно 50-60 тыс. т в год. С учетом производства электродов и в перспективе — порошковых проволок, соответствующее потребление существенно выше (в несколько раз).
Литература
1. Правила классификации и постройки морских судов // Российский морской регистр судоходства. СПб., 2015.
2. Правила классификации, постройки и оборудования плавучих буровых установок и морских стационарных платформ // Российский морской регистр судоходства. СПб., 2014.
3. Калинников В. Т., Рыбин В. В., Малышевский В. А., Николаев А. И., Брусницын Ю. Д., Авакумов Ю. В. Перспективы использования минерального и техногенного сырья Мурманской области для производства сварочных материалов и флюсов // Вопросы материаловедения. 2009. № 3 (59). С. 404-414.
4. Малышевский В. А., Брусницын Ю. Д., Кащенко Д. А., Калинников В. Т., Николаев А. И. К концепции формирования потребительских свойств сварочных материалов и эксплуатационных характеристик металла сварных швов хладостойких сталей // XIX Менделеевский съезд по общей и прикладной химии (Волгоград, 25-30 сент. 2011 г.). Т. 3. С. 259.
5. Горынин И. В., Орыщенко А. С., Малышевский В. А., Брусницын Ю. Д., Калинников В. Т., Николаев А. И. Гидроксильные группы в сварочных материалах: источники, последствия и предотвращение // Труды Кольского научного центра РАН. 2015. № 5. С. 40-44.
6. Пименов А. В., Шекин С. И. Исследование влияния рудоминеральных и синтетических компонентов на сварочно-технологические свойства флюса и механические свойства металла шва // Вопросы материаловедения. 2013. № 1 (73). С. 146-153.
7. Калинников В. Т., Николаев А. И., Рыбин В. В., Брусницын Ю. Д., Малышевский В. А., Петров В. Б. Изучение взаимодействия компонентов сварочных материалов с жидким стеклом // Вопросы материаловедения. 2008. № 3 (55). С. 31-40.
8. Брусницын Ю. Д., Кащенко Д. А., Малышевский В. А., Рыбин В. В., Шекин С. И., Калинников В. Т., Николаев А. И., Бураков Р. В., Быков А. Н., Захватаев С. В., Москалев И. Д., Харченко И. В. Отработка композиций минеральных сплавов и промышленной технологии их изготовления с использованием минерального сырья Кольского полуострова // Петраньевские чтения. Сварочные материалы (к 70-летию создания электродов УОНИ-13). Доклады междунар. науч.-техн. конф. 18-22 мая 2009 г. С. 90-102.
Сведения об авторах
Орыщенко Алексей Сергеевич,
доктор технических наук, генеральный директор Федеральное государственное унитарное предприятие
«Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" им. И. В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт"», Россия, г. Санкт-Петербург, 191015, ул. Шпалерная, 49, тел.: (812) 3349410, факс: (812) 7103756, e-mail: [email protected]
Шекин Сергей Игоревич,
заместитель начальника опытного сварочного производства Федеральное государственное унитарное предприятие
«Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" им. И. В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт"», Россия, г. Санкт-Петербург, 191015, ул. Шпалерная, 49, тел.: (812) 3349410, факс: (812) 7103756, e-mail: [email protected]
Oryshchenko Aleksey Sergeevich,
Dr. Sc. (Engineering), Director-General
Federal State Unitary Enterprise "Central Research Institute of Structural Materials «Prometey» Named by I. V. Gorynin of National Research Center «Kurchatov Institute»", Russia, St. Petersburg, 191015, Shpalernaya, 49, tel.: (812) 3349410, fax: (812) 7103756, e-mail: [email protected]
Shekin Sergey Igorevich,
Deputy Chief Pilot of Welding Production
Federal State Unitary Enterprise "Central Research Institute of Structural Materials «Prometey» Named by I. V. Gorynin of National Research Center «Kurchatov Institute»", Russia, St. Petersburg, 191015, Shpalernaya, 49, tel.: (812) 3349410, fax: (812) 7103756, e-mail: [email protected]
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.PRIL.11-20 УДК 543.51, 543.067.2
Е. А. Базарова1, А. И. Новиков2, С. В. Дрогобужская1, 2
1 Мурманский государственный технический университет
2 Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. В. И. Тананаева ФИЦ «КНЦ РАН», Апатиты, Россия
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕДКИХ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В БАДДЕЛЕИТОВОМ КОНЦЕНТРАТЕ МЕТОДОМ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИИ С ИНДУКТИВНО СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ
Аннотация
Разработаны методики ИСП МС определения редких и редкоземельных элементов в бадделеитовом концентрате после кислотного разложения и разложения сплавлением, оценена правильность методик посредством анализа ГСО состава пород и руд. Разработан способ приготовления пробы для прямого определения микропримесей в бадделеитовом концентрате методом ЛА иСп МС, показана равномерность распределения элементов в приготовленных образцах. Исследовано влияние параметров лазерного излучения на процесс испарения таблетированного образца бадделеитового концентрата, выбраны оптимальные условия и разработан способ приготовления пробы. Проведен анализ бадделеитового концентрата методом ЛА ИСП МС. При использовании градуировки прибора по растворам или стандарту СГ-4 получены результаты, которые согласуются с данными после разложения сплавлением.
Ключевые слова:
бадделеитовый концентрат, масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой, лазерная абляция, редкие элементы, редкоземельные элементы.
