196040. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és oldat ferroszilícium stabilizálására
1 196.040 2 A találmány tárgya eljárás ferroszilícium ötvözetek stabilizálására. A stabilizált ferroszilícium őrlemény ívhegesztő elektródák alapanyaga. Ismeretes, hogy a kézi és gépi ívhegesztő eljárások sorén felhasznált egyes hegesztőanyagok (kézi ívhegesztő elektróda-bevonat, ill. fedettívű hegesztési eljárás esetében a fedőpor) többkomponensű porkeverékből állnak, A porkeverék általában az alábbi anyagokat tartalmazza :- fémes anyagok, fémoxidok,- bázikus jellegű ásványi anyagok,- savas jellegű ásványi anyagok,- szerves adalékok. Fémes adalékként többféle ferroötvözet, illetve színfémpor alkalmazható. Dezoxidáló adalékként széles körben használják a ferroszilícium ötvözeteket. A ferroszilícium őrlemény azonban közvetlenül nem építhető be a hegesztő anyagokba, mert mind a beyonómassza, mind a fedőpor vizes technológia szerint készül, és a gyártás során a ferroszilícium vizes lúgos közeggel kerül érintkezésbe. Ebben a közegben a szilícium oldódik, gázt fejleszt, és a képződő gáz technológiailag alkalmatlanná teszi a bevonómasszát. Az oldódás az alábbi reakcióegyenlet szerint megy végbe; Si + 2KOH + HjO = K2Si03 ♦ 2H2 Kísérletek folytak azzal a céllal, hogy a ferroszilícium szemcsék felületén valamilyen védőréteget alakítsanak ki. N. N. Krjukovszkij ,,Kézi ívhegesztő elektródák gyártása” című könyvében (MASGIZ 1953) utalás található arra, hogy a ferroötvözeteket különböző savakkal (salétromsavval, sósavval) kezelik. A módszer a gyakorlatban azonban nem terjedt el, feltételezhetően környezetkímélő okokból, ugyanis az elhasználódott savfürdők megsemmisítése, illetve végső tárolása súlyos gondot okoz. A. A. Anov .Elektródák kézi ívhegesztés és vágás céljára” című könyve (MAuISZ 1947) szerint a nedvesen őrölt ferroszilícium ötvözetet emelt hőfokon szárítják, ami bizonyos passzivitást kölcsönöz a szemcséknek. Nem zárható ki, hogy az emelt hőfokon történő szárítás során a szilíciumon vékony oxidréteg képződik. A találmány azon az alapgondolaton alapul, hogy a passzíváié oxidréteg képződését elősegíthetjük, lia a ferroszilícium szemcséket oxidálószerrel kezeljük és utána melegítjük. Az elgondolás helyesnek bizonyult, és kísérletek igazolták, hogy a megfelelően megválasztott oxidáló eleggyel végzett kezelés, majd az ezt követő izzítás mintegy 500-1000 A vastagságú védőréteget eredményez. Ez a védőréteg a fenti áldási reakció beindulását megakadályozza, illetve késlelteti, reakciósebességét csökkenti, így gyakorlatilag a ferroszilícium őrleményt a lúgos közeg oldó hatásával szemben kémiailag passzívnak tekinthetjük. A passzíváié kezeléshez káliumpermanganát vizes lúgos oldatát használjuk, az alábbi mennyiségi arányban: kálium-kromát 50-150 g kálium-permanganát 0,1-2 g Kálium-vagy nátrium-liidroxid l-10g víz ad 1000 ml Az oldat készítése során a vegyszereket a fenti sorrendben adagoljuk, a kálium-hidroxidot előnyösen vizes oldat alakjában. A gyakorlati alkalmazás során úgy járunk el hogy a kezelni kívánt FeSi egy kg-jához 100-130 mi fenti összetételű oldatot adunk és intenzív keverés közben a ferroszilíciumot az oldattal átnedvesítjük. A nedves keverést néhány percig, általában mintegy 1-3 percig folytatjuk. g Az őrlemény szemcsemérete néhány mikrontól 0,5 inm-ig terjedhet, jellemző az őrleményre például az alábbi szemcseméretösszetétesl; Szita lyukmérete (mm) 10 15 0,5 0,355 0,300 0 150 0,075 0 045 Szitán fennmaradó kumulatív hányad (%) 0 0 5-15 30-50 55-70 70-90 Az átnedvesített őrleményt termikus kezelésnek vetjük alá arra alkalmas berendezésben. A kezdés hőmérséklete 400—500 °C, ideje 60—90 perc. A «a hőkezelés alatt az anyagot folyamatosan keverjük. A lehűlt stabilizált ferroszilíduniszemcsék felületét vékony (500-1000 Â) passzíváié réteg vonja be, amely alkalmas arra, hogy a nedves technológiai folyamatok ideje alatt (60-90 perc) megvédje a szemcsét a lúgos közeg oldó hatásától, ezáltal a gázfejlő- 25 déslehetőségét kizárja. A találmány szerinti djárást az alábbi példákkal közelebbről ismertetjük. 30 35 40 45 50 1. példa 100 g ferroszilícium őrleményt (szitaelemzése egyezik a leíró részben megadottal) 10 ml stabilizáló oldattal 1 percen keresztül összekeverünk. Az oldat összetétele az alábbi; kálium-kromát 100 g kálium-permanganát 1 g kálium-hidroxid 5 g víz ad 1000 ml Az oldat hőmérséklete 20 °C. A nedves anyagot csőkemencébe helyezzük és 400 °C-on 90 percig hőkezeljük állandó keverés mellett. A lenült mintán a stabilitását az alábbiak szerint vizsgáltuk; 25 g kezdt ferroszilíciumhoz 50 ml 10 t%-os kálium-hidroxid-oldatot adunk, az degyet 50 °C-os termosztátba helyezzük, és a 90 perc alatt fejlődött gáz mennyiségét megmérjük. Ez a mérési módszer egy svéd cég háziszabványán alapul, ott 90 perc alatt maximálisan 30 ml gáz volt megengedhető. A találmány szerint kezelt anyag 90 perc alatt 8 ml gázt fejlesztett. 2. példa 55 60 100 g ferroszilícium őrleményt 12 ml stabilizáló oldattal átnedvesítünk. Az óidat összetétele az alábbi: kálium-kromát 80 g kálium-permanganát 0,5 g kálium-nidroxid 2 g víz ad 1000 nü A nedvesítést 1,5 percen át folytatjuk, utána az anyagot csőkemencében 450 °C-on 75 percig izzítjuk.A kihűlt minta gázfejlesztése: 15 ml/90 perc . 7
