Дәріс тақырыбы Электродтың балқуында қож құрамының қалыптасуы
Электрод қаптамасының құрамы олардың рецептурасымен анықталады. Компоненттердің химиялық құрамы стандарттармен және техникалық жағдайларымен кепілденеді. Сондықтан, пісіру кезінде пайда болатын қождардың құрамын анықтау үшін, құрғақ қоспаның белгілі мөлшерінде қаптама компоненттерінің мөлшерін анықтау қажет.
Электрод (Э46А типті, УОНИ-13/45 маркалы, негізді типті қаптама МЕСТ 9467-75) балқуының нәтижесінде пайда болған қорғаушы қождың құрамын есептеуін келтіріп, қождың көптеген ерекшеліктерін сипаттайтын қышқылдық коэффициентін анықтаймыз
Осы типті электродтың қаптама құрамы, %:
1 Мәрмәр.............54 (МЕСТ 4416-94).
2 Балқыма шпат ......15 (МЕСТ 4421-73).
3 Кварц құмы ........9 (МЕСТ 4417-75).
4 Ферросилиций ......... 5 (МЕСТ 1415-93), (ИСО 5445-80).
5 Ферромарганец ......... 5 (МЕСТ 4755-91), (ИСО 5446-80).
6 Ферротитан ........... 12 (МЕСТ 4761-91), (ИСО 5454-80).
100%
7 Құрғақ қалдыққа есептегенде сұйық шыны
112%
Негізгі компоненттерге сұйық шыныны қосымша енгізілетіндіктен, оны есепке алып, қаптама құрамындағы компоненттердің нақты мөлшерін анықтау қажет (112% - ті100% деп есептесек). Сонда, қаптама құрамы келесі түрде болады, %:
1 Мәрмәр ....……….. 48,3
2 Балқыма шпат….13,2
3 Кварц құмы….8,0
4 Ферросилиций….. 4,5
5 Ферромарганец…..4,5
6 Ферротитан………10,7
Сұйық шыны…..10,7
Барлығы 100%
Қождың химиялық құрамын есептеу үшін компоненттердің химиялық құрамы мен жік металына ауысатын легірлеуші элементтердің мөлшерін білу қажет
Мәрмәрдің құрамында 93% СаСО3 және 3%-тен көп емес MgO болады. Осыны есптей отырып қаптамада 48,3·0,93 = 44,5% CaCO3 және 48,3·0,03 = 1,45% MgO болады.
Пісіру кезінде СаСО3 диссоциаланады, соның нәтижесінде газдық фазаға болінетіні:
(CO2)Г = 44,5·44/100 = 19,5%,
қож фазасына (Са0)Ш = 44,5·56/100 = 24,9%.
1,45% мөлшердегі MgO толығымен қожға ауысады. Балқыма шпатта 92% СaF2 және 5%-тен көп емес SiO2. SiO2 толығымен қожға ауысады, немесе (SiO2)ш == 13,2·5/100 = 0,66%.
Қаптама құрамындағы СaF2 13,2·0,95 =12,6% мөлшерде SiO2-мен келесі формула бойынше әректтеседі:
nСaF2 + mSiO2 → (n – 2m) CaF2 + 2mСаО + mSiF4.
Егер СaF2 аз , ал SiO2 көп болған жағдайда (n – 2m) = 0,55n, немесе m = 0,225n. Егер m = 1
12,6 (СaF2)+0,225 · 12,6 (SiO2) →0,55 · 12,6 ()+0,45 ·12,6 (CaO)+0,225 · 12,6 (SiF4);
сондықтан, CaF2 6,9% мөлшерде қожда қалып қояды, ал CaO және SiF4 пайда болуына12,6 - 6,9 = 5,7% CaF2 жұмсалады..
Кальций мен фтордың үлесін олардың молеклярлық массаларының қатынасынан таба аламыз: СaF2-дың массасы 78, кальцийдың 40 және фтордың 19; сондықтан кальцийдың үлесі 5,7·40/78 = 2,9 және фтордың үлесі 5,7·38/78 == 2,8. Барлық элементтерді есептегенде:
Са+0,502=СаО; (СаО)ш= 2,9·56/40 = 4,1;
40+0,5х32=56;
Si + 4F → SiF4, (SiF4)Г = 2,8 · 104/76 =3,9%;
28+4х19=104;
(Si)Ш=2,8· 28/76=1,0%,
1% мөлшердегі Si қождан алынып SiF4 пайда болуына жұмсалды. Қождағы SiO2 шығыны
Si+02=SiO2;
28+32=60.
Сондықтан, 1·60/28 = 2% мөлшердегі SiO2-ні (SiO2)Ш-дегі суммалық мөлшерінен алып тастау керек.
Кварц құмының құрамында 97% SiO2 бар, сондықтан қожға (SiO2)Ш = 8·0.97 = 7,75%. Ферросилицийда 75% Si болады, сонда қышқылдандыру мен легірлеуге Si = 4,5·0,75 = 3,5% жұмсалады. Жік металын 0,3%-ке дейін легірлеу үшін қаптамадан (қаптаманың салыстырмалы массасы 0,33 деп алсақ) кремний жұмсалу қажет
Ферросилицийдың құрамындағы қалған кремний (3,5 - 0,9) = 2,6% жік металын тотықтандыру үшін (кремний тотығы пайда болады) шығындалады (Si02)ш = 2,6 ·60/28= 5,55%.
Ферромарганец құрамында 80% Mn, 1% С және 2% Si болады немесе қаптамадағы қатысу үлесі бойынша Mn = 4,5∙0,8 = 3,6%; С = 2,5∙0,01 = 0,045%; Si = 4,5∙0,02 = 0,09%. Ферромарганецтегі көміртек пен кремнийды есепке алмаса да болады, өйткені олар жанып кетеді (угар).
Ферромарганецтегі марганецтің бір бөлігі жікті легірлеуге жұмсалады (ауысы коэффициенті КMn = 0,55). Сонда (Mn)ш = 3,6·0,55 =1,9%. Марганецтің қалған бөлігі 3,6 - 1,9 = 1,7% қожда MnО-ны құрауға шығындалады:
Мn + 0,502 = МnО;
(MnО)Ш = 1,7х71/55 = 2,2%;
55+0,5х16 = 71.
Ферротитан құрамында 23% Ti; 4,6% Si; 6% A1 болады; осы элементтер оттегімен әрекеттеседі. Сонда, 10,7∙0,23 = 2,46% мөлшердегі титан (TiO2)ш = 2,46∙80/48 = 4,1% , өйткені
Тi + О2 = ТiO2.
48+32 = 80.
10,7∙0,46 = 0,5% мөлшердегі кремний l,l%(SiO2)Ш құрайды. 10,7·0,06=0,64% мөлшердегі алюминий (Аl203)Ш = 0,64∙102/54 = 1,2% құрайды, өйткені
2А1+1,502=А12Оз.
2х27+3х16=102.
Натрийлі сұйық шыны (модулі m = %Si02∙а %R2O, мұнда а - R2O-нің SiO2-ге молекулярляқ массаларының қатынасы, Nа2О немесе К2О/ SiO2) құрамында Na20-ның бір молекуласына 2,7 молекула SiO2 болады. Егер молекулярлық массалары SiO2- 60 және Na2О - 62, онда
(SiО2)Ш = 10,7% 
=7,6%;
(Na2О)Ш = 10,7 =3,0%.
Есептеу нәтижелелері 5 кестеде келтірілген.
Қождарды қышқылдық коэффициентімен (kк) сипаттайды. Қышқылдық коэффициенті ол келесі қатынаспен анықталады:
kк =ΣR02/ΣRО, (23)
мұнда ΣR02 - қождағы қышқыл тотықтардың масса бойынша проценттерінің қосындысы; ΣRО - негізді тотықтардың.
Егер kк > 1,0, қож қышқылды деп есептелінеді; егер kк < 1,0, - негізді, ал егер kк = 1, онда қож бейтарап немесе амфотерлық болып есептелінеді. УОНИ-13/45 маркалы электродтың қожынды kк ≈ 0,55, яғни негізді тобына жатады. Қышқылды тотықтарға SiO2, TiO2; негізді тотықтарға FeO, MnO, CaO, MgO, Na2O, K2O; ал амфотералық тотықтарға Al2O3, Fе20з, Сг2Оз жатады.
Пайда болған қождарда белгілі физика-химиялық қасиеттері болу қажет.
Қождың физикалық қасиеттеріне жылуфизикалық сипаттамалары жатады: балқу температурасы, қатаюдың температуралық интеравлы, жылу сиымдылық, жылу құрамы, тұтқырлық; тотықтарды, сульфидтерді және т.б. еріту қабілеті; белгілі тығыздық; белгілі газ өткізгіштік қабілеті; металмен салыстырғанда сызықтық және көлемдік кеңеюында жеткілікті айырмашылық (жік металын оңай тазалау үшін қажет).
Химиялық қасиеттеріне қождын жік металын қышқылдандыру, тотықтарды оңай балқитын қосылыстарға ауыстыру, жік металын легірлеу қабілеттері жатады. Пісіру кезінде балқу температурасы 1100-1200°С қождар ең жарамды болып есептелінеді. Қатаюдың температуралық интервалы шамалы болу керек, немесе қож "қысқа" болу қажет. Қатаюдың температуралық интервалы ұзаққа созылған болса ("ұзын" қождар) жіктің қалыптасуына нашар әсер етеді.
Кесте 5 - Э46А типті УОНИ-13/45 маркалы электродтармен (МЕСТ 9467-75) пісіргенде қож құрамын есептеу
| Қаптама құраушылары | Қаптама құрамы | Компонент формуласы | Мөлшері, % | Металға ауысты, % | Қожға ауысты, % | Газды ортаға ауысты, % | ||||||||
| Рецепт бойынша | Есеп бойынша,100% | CaO | CaF2 | MgO | SiO2 | TiO2 
| NaO2 | MnO | Al2O3 | |||||
| Мәрмәр | 54,0 | 48.3 | CaO3, MgO | - - | 24,9 | - | 1,45 | - | - | - | - | - | 19,5 CO2 | |
| Балқыма шпат | 15,0 | 13,2 | CaF2, SiO2 | 4,1 | 6,9 | - | [-2,0] | - | - | - | - | 3,9 SiF2 | ||
| Кварц құмы | 9,0 | 8,0 | SiO2 | - | - | - | - | 7,75 | -- | - | - | - | - | |
| ферросилиций | 5,0 | 4,5 | Si | 0.9 | - | - | - | 5,55 | - | - | - | - | - | |
| Ферромарганец | 5,0 | 4,5 | Mn | 111,9 | - | - | - | - | - | - | 2,2 | - | - | |
| ферротитан | 12,0 | 10,7 | Ti, Si, Al | 4,6 6,0 | - | - | - | - | 1.1 | 4,1 | - | - | 1,2 | - |
| Құрғақ қалдыққа есептелген сұйық шыны | 12,0 | 10,7 | SiO2, Na2O | - | - | - | - | 7,6 | - | 3,0 | - | - | - | |
| Барлығы | 29,0 | 6,9 | 1,45 | 20,0 | 4,1 | 3,0 | 2,2 | 1,2 | Σ67,85 | |||||
| Қождың есептелген құрамы, % | 42,8 | 10,2 | 2,1 | 29,4 | 6,05 | 4,4 | 3,25 | 1,8 | 100% |
Қождың тұтқырлығы да пісіру кезінде өте маңызды болып табылады. Неғұрлым тұтқырлығы төмен болса, солғұрлым қождың жылжу қабілеті және, соған байланысты, оның физикалық және химиялық белсенділігі жоғары болады ( химиялық реакциялар мен тотықтардың, сульфидтердің және т.б. еруінің физикалық үрдістері тез өтеді). Бірақ, қождың тым сұйық болғаны да қаупті, әсіресе тік және төбелік бағыттарда пісіргенде, өйткені жік металы толық жабылмайды. Осындай қождар үшін сұйық күйден қатты күйге ауысуы неғұрлым қысқа мерзімде өту керек. Қышқыл қождар әдетте өте тұтқырлы және "ұзын" болады және неғұрлым қышқылдық саны артқан сайын, солғұрлым тұтқырлығы жоғары болады. Негізді қождар "қысқа" болады. Қождарың меншікті салмағы аз болу қажет, өйткені олар пісіру ваннасының бетіне қалқып шығу керек. Жік металын қаптайтын қож қабаты сүйық күйінде және қатаю кезінде жік металынан бөлініп шығатын газдарды оңай өткізу алатын күйде ьолу қажет. Қатайған қождар жіктен оңай алыну керек. Ол үшін олардың металмен жабысу қабілеті төмен және метал мен қождың сызықтық кеңею коэффициенттерінің айырмашылығы едәуір болу керек.
Ұсынылған әдебиет:
1 нег. [Т1,71-79]. 3 нег. [48-56]
Бақылау сұрақтары:
1. Қож құрамын қалай есептейді?
2. Қождар қандай болады?
3. "Қысқа" қож бен "ұзын" қождың айырмашылығы неде?
4. Қождың тұтқырлығы дегеніміз не?
5. Қождың физика-химиялық қасиеттері қандай?