Новые компоненты сварочных материалов с использованием сырья Кольского полуострова: кондиционирование, синтез и взаимодействие

• Автор: Чеканова, Юлия Викторовна
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Апатиты
• Количество страниц: 157 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР: МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
ПОКРЫТЫХ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ РУЧНОЙ ДУГОВОЙ СВАРКИ
1.1. Характеристика электродных покрытий для ручной дуговой
сварки
1.1.1 Основные виды покрытий электродов
1.1.2 Металлургические процессы, потекающие при сварке покрытыми электродами
1.1.3 Взаимодействие растворов жидкого стекла с компонентами электродных покрытий
1.2. Сырьевая база Кольского полуострова для производства
компонентов сварочных материалов
1.2.1 Титансодержащее сырье
1.2.2 Магний-кальциевое и алюмосиликатное сырье
Заключение
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Объекты исследования
2.2. Методы анализа и исследований
2.2.1. Аналитические методики
2.2.2. Методики проведения экспериментов
3. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
3.1. Очистка компонентов от лимитируемых примесей при лазерной
обработке
3.1.1. Кондиционирование сфенового концентрата
^ | 2 Дегидроксилирование минералов со структурными
гидроксильными группами
3.1.3. Поведение лимитируемых примесей при лазерной обработке
3.2. Введение легирующих элементов в компоненты сварочных
материалов
^ 2 ^ Модифицирование лизардитового и антигоритового
концентратов
3.2.2. Сорбция сунгулитовым концентратом
3.2.3. Сорбция на оксигидроксидах титана
3.3 Применение сорбции для легирования сварочных материалов
3.4. Фазообразование при получении плавленых комплексных
компонентов сварочных материалов
3.4.1. Введение легирующих элементов в комплексные компоненты
3.4.2. Фазообразование при гранулировании расплавов миналов в воду и охлаждении на воздухе
Заключение

4. ЗАКОНОМЕРНОСТИ СИНТЕЗА УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ КОМПОНЕНТОВ СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
4.1. Оксидные материалы
4.2. Смеси оксидов и продукты с перовскитоподобной структурой
4-3- Взаимодействие сложных оксидов с жидким стеклом
Заключение
5. НОВЫЕ ВАРИАНТЫ СХЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
5.1. Очистка сфенового концентрата от перовскита
5.2. Наработка образцов для получения шихты покрытий сварочных электродов
5.3. Получение легированных компонентов сварочных материалов
5.4. Эффективность новых схем получения сварочных материалов
5.5. Экономическая оценка создания производства сварочных
материалов в Мурманской области
Заключение
Общие выводы
Список использованных источников
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. После распада СССР на фоне резкого общепромышленного спада не избежало кризиса и электродное производство [1-3]. Однако в новой политической и экономической обстановке ситуация на электродном рынке коренным образом изменилась, и вновь появились объективные условия для возникновения и успешного функционирования малых электродных предприятий.
Перспективы развития электродного производства определяются масштабом применения ручной дуговой сварки покрытыми электродами и структурой свариваемых изделий. Применительно к постсоветскому пространству ручная дуговая сварка в обозримый период времени будет являться основным способом дуговой сварки, обеспечивая не менее 50-60 % общего объема сварочных работ. Соответственно основным сварочным материалом останутся покрытые электроды. Однако в будущем доля покрытых электродов среди сварочных материалов и флюсов будет уменьшаться, а общий выпуск электродов, вероятно, будет изменяться не очень значительно.
Для создания новых более качественных сварочных материалов необходима оптимизация систем легирования металла шва, поиск способов снижения содержания серы, фосфора, водорода, кислорода и других вредных примесей в металле швов с целью достижения возрастающих требований к сварочно-технологическим характеристикам.
Особого внимания требует изыскание сырьевых материалов стабильного качества, разработка технологии производства сварочных материалов, включая синтез искусственных компонентов, разработка технических условий на новые продукты. Необходим целенаправленный сбор данных для создания компьютеризированных систем, позволяющих обосновать выбор сварочных материалов различного назначения с использованием физического и математического моделирования металлургических процессов дуговой сварки. Решение отмеченных задач будет способствовать повышению качества сварных конструкций и сварочных материалов нового поколения.
Таким образом, разработка и внедрение новых сварочных материалов на основе природного и техногенного сырья России, в частности Кольского полуострова, является актуальной проблемой, решение которой будет способствовать созданию новых рецептур сварочных электродов. Требуется дополнительное изучение свойств сырья, создание технологии получения компонентов сварочных материалов, включающей кондиционирование их по содержанию примесей до требований технических условий на электродные материалы. Разрабатываемые схемы предполагают необходимость проведения дополнительных систематических исследований и модельных испытаний с

тонн руды (по категориям В+С1+С2). Содержание ТІО2 - 8,5 мас.%, Ре0бщ - 18 мас.%, У205 -0,1 мас.% [111].
Единственный титано-редкометалльный концентрат, производимый в Мурманской области в ООО «Ловозерский ГОК» - лопаритовый, содержит не менее 95% лопарита (40% диоксида титана) и не более 0,09 мас.% фосфора и 2,4 мас.% диоксида кремния [95, 112, 113]. Лопаритовый концентрат производится в настоящее время в объеме около 8.0 тыс.т/год и перерабатывается на ОАО «Соликамский магниевый завод» с получением пентаоксидов ниобия и тантала, карбонатов и оксидов РЗЭ, а также четыреххлористого титана и титановой губки. Соединения ниобия и РЗЭ могут рассматриваться как потенциальные продукты (легирующие компоненты) для сварочных материалов. Действующие технические условия по содержанию примесей серы и фосфора соответствуют требованиям для сварочных компонентов [103]. При обогащении лопаритовых руд возможно получение эвдиалитового, эгиринового и нефелинового, а также полевошпатового концентратов.
Действующие Хибинские месторождения являются крупным источником титанового сырья, до настоящего времени практически не используемого в промышленности. Так при добыче и дальнейшей переработке апатит-нефелиновых руд ОАО «Апатит» сбрасывает в хвостохранилище титановые минералы (сфен и титаномагнетит), их количество на 1998 г составило 130 тыс1, т в пересчете на диоксид титана [95, 105, 114].
Африкандское месторождение по потенциальным ресурсам титановых руд относится к классу месторождений-гигантов. Руды Африкандского месторождения содержат помимо перовскита (19-31 мас.%) и титаномагнетита (22-35'мас.%) оливин, пироксен, слюды, хлорит и кальцит [106]. Запасы руд составляют 626 млн.т., прогнозные ресурсы - еще 400 млн.т, со средним содержанием ТіСЬ 9,2 мас.%; помимо титана в перовскитовых рудах содержатся РЗЭ преимущественно цериевой группы, тантал, ниобий (ЫЬгОз в руде 0,2 мас.%, запасы оцениваются в 382 тыс.т) [105]. Содержание ТЮ2 в перовскитовом концентрате составляет от 43,1 мас.% до 54,2 мас.% [106].
Основные виды титансодержащего сырья Кольского полуострова, включающие минеральные концентраты и титанистые шлаки, приведены в таблице 1.1. Для сравнения приведен химический состав титановых шлаков, полученных при плавке ильменитов из месторождений Норвегии и Украины. Наиболее доступным титановым сырьем. на Кольском полуострове, как упоминалось выше, являются сфеновый и титаномагнетитовый концентраты (Хибинские месторождения), перовскитовый и титаномагнетитовый (Африкандское), лопаритовый (Ловозерское) и ильменитовый