Dodajni materiali na osnovi izbranih sintetičnih repromaterialov z dodatkom alkalijskih oksidov Filler Materials Based on Selected Synthetic Processing Materials vvith Addition of Alkaline Oxides Kejžar Rajko, B. Kejžar, ZRMK Ljubljana Dosedanje raziskave so pokazale, da so sintetični minerali zelo uporaben repromaterial pri izdelavi oplaščenih elektrod in varilnih praškov. Dodatek sintetičnega minerala s povišano vsebnostjo alkalijskih oksidov vpliva na izboljšanje ionizacije obtoka in stabilnost varjenja. Najbolj perspektivni pa so K-sintetični minerali. Že prvi poiskusi so pokazali, da izboljšajo kvaliteto aglomeriranim varilnim praškom tudi tako, da preprečijo zapekanje žlindre ter omogočijo delno, v nekaterih primerih pa tudi popolno zamenjavo dragega K-vodnega stekla z bistveno cenejšim Na-vodnim steklom. Razvoj legiranih in visokoproduktivnih aglomeriranih varilnih praškov je tesno povezan z razvojem sintetičnih repromaterialov. Pri omenjenih varilnih praških, ki zagotavljajo dezoksidacijo, visok izkoristek varjenja in legiranje vara preko varilnega praška, postane pogosto problematična ionizacija obločne atmosfere. Z uporabo sintetičnih repromaterialov z dodatkom alkalijskih oksidov (Na20, K20) pri izdelavi aglomeriranih varilnih praškov, lahko zagotovimo dobro ionizacijo obloka in stabilno varjenje, tudi če aglomerirani varilni prašek vsebuje preko 50 % dodatka kovin in njihovih zlitin v prahu. Ključne besede: aglomerirani varilni praški, sintetični minerali: volastonit, monticelit, cuspidin, bustomit...; difraktometrična mineraloška analiza, navlaževanje; ionizacija in stabilnost obloka, zapekanje žlindre. Studies carried out hitherto have shovvn that synthetic minerals are a processing material highly applicable in production of covered electrodes and vvelding fluxes. Adddition of a synthetic mineral having an increased content of alkaline oxides results in improvement of are ionisation and of vvelding stability. The most promising are K-synthetic minerals. The first experiments have already shovvn that the latter improve the quality of agglomerated fluxes also by preventing slag to burn and by making it possible for us to partly, in some cases also completely, replace the expensive K-water glass by a more lovv-priced Na-water glass. Development of alloyed and high-productivity agglomerated vvelding fluxes is closely related to development of the synthetic processing materials. In čase of the afore-mentioned vvelding fluxes vvhieh guarantee deoxidation, high vvelding efficiency, and alloying of vveld metal via vvelding flux, ionisation of are atmosphere often poses a problem. With the application of the synthetic processing materials vvith addition of alkaline oxides (Na20, K20) in the production of the agglomerated fluxes, an efficient are ionisation and stable vvelding can be guaranteed, even if an agglomerated tlux contains over 50 % of metals and their alloys added in povvder form. Key vvords: agglomerated fluxes, synthetic minerals: vvollastonite, monticellite, cuspidine, bustomite ...; diffractometric mineral analysis, vvetting: are ionisation and stability, slag burning. 1. Uvod Uporaba sintetičnih repromaterialov pri proizvodnji dodajnih materialov za varjenje narašča. Z njihovo sestavo se namreč lahko poljubno prilagodimo zahtevam dodajnih materialov glede varilno tehničnih lastnosti, ki jih v veliki meri določa varilna žlindra. Dodajni materiali, pri katerih določajo sestavo varilne žlindre mineralne komponente, so: oplaščene elektrode in varilni praški"-". Dosedanje raziskave so pokazale, da so sintetični materiali zelo uporaben repromaterial, pri izdelavi oplaščenih elektrod. Delna zamenjava kalcita s sintetičnim volastonitom zelo ugodno vpliva na zmanjšanje občutljivosti bazično oplaščenih elektrod in pokljivost obloge pri sušenju, kar pomeni zmanjšanje izmeta pri proizvodnji. Hiba zamenjave kalcita s sintetičnim volastonitom pa je zmanjšanje plinske zaščite kopeli vara pred oksidacijo ter znižanje parcialnega tlaka oglikovega monoksida v obločni atmosferi. Priporočljiv je zato le manjši dodatek sintetičnega minerala za zamenjavo kalcita v elektrodni oblogi'5'"61. Pri varjenju pod varilnimi praški ščitita zvar pred oksidacijo le prašek in varilna žlindra. Zvar je popolnoma pokrit. Razvijanje plinov je pri varjenju pod praškom nezaželjeno. ker bi povzroči- lo odkrivanje taline zvara in vdor kisika (zraka) pod varilni prašek1''. Med najpomembnejše naloge elektrodne obloge in varilnega praška spada poleg zaščite odtaljenih kovinskih kapljic dodajne-ga materiala in kopeli vara pred oksidacijo, tudi ionizacija obločne atmosfere, ki zagotovi stabilen oblok med varjenjem. Na zagotavljanje stabilnosti varjenju vplivamo s prisotnostjo alkalij v obločni atmosferi. Prisotnost alkalij v elektrodni oblogi in aglomeriranem varilnem prašku je običajno posledica uporabe Na- ali K-vodnega stekla kot veziva pri izdelavi omenjenih do-dajnih materialov'61. Potrebne alkalije za ionizacijo in izboljšanje stabilnosti varjenja, pa lahko dovedemo v dodajni material tudi s sintetičnimi minerali, ki vsebujejo alkalijske okside'2 4I. Pri proizvodnji visokoproduktivnih in legiranih aglomeri-ranih varilnih praškov pa so postali sintetični minerali praktično nepogrešljiv repromaterial. Zaradi kovinskih dodatkov, ki jih ti aglomerirani varilni praški vsebujejo, smemo sušiti omenjene praške pri temperaturah okoli 350 do 650°C, odvisno od kovinskih dodatkov v aglomeriranem prašku. To pa pomeni ostrejše zahteve pri izbiri izhodiščnih surovin - repromaterialov, ki morajo biti nehigroskopne in brez vlage ter komponent, ki bi pri segrevanju do taljenja sproščale pline. Idealne komponente visokoproduktivnih in legiranih aglomeriranih varilnih praškov so zato sintetični minerali'3 ln41. drag in težko dosegljiv, smo s taljenjem mešanice dolomita, glinice in kremena, ki smo ji dodali še K- sodo, izdelali v uporovni peči TD Ruše tudi K- monticelit1"'"71. Za proizvodnjo bazičnih aglomeriranih praškov pa bodo zanimivi sintetični minerali z nižjo vsebnostjo SiO, (pod 30 c/c). kar bo zagotovilo, da v zvaru ne bomo dobili previsokih vsebnosti Si (nad 0,5 %). Nižji SiO, v sintetičnem mineralu lahko dobimo, če zvišamo vsebnost ,4.1,0, (25-30 c/<) in dodamo še CaF, (do 10 %) za znižanje tališča. S taljenjem mešanice dolomita, glinice, kremena in jedavca smo dobili sintetični repromaterial z nižjo vsebnostjo SiO, (tabela 1). ki je bil mešanica mineralov: cuspidina, spinela, aker-manita in monticelita (glej sliko 1) - imenovali smo ga sintetični cuspidin. Zelo zanimiv in praktično uporaben sintetični repromaterial dobimo tudi, če mešanici dolomita, glinice, kremena in jedavca dodamo še Mn-rudo (glej tabeli 1 in 2). Tudi ta sintetični repromaterial je mešanica več materialov med katerimi prevladujeta cuspidin in bustomit (glej sliko 2) - imenovali smo ga sintetični bustomit. V tabelah 1 in 2 sta podani kemični sestavi in navlaževanje novih sintetičnih repromaterialov - cuspidina in bustomita, njuna mineraloška sestava pa je prikazana z difraktogramom na sliki 1 (sintetični cuspidin) in 2 (sintetični bustomit). a N O l/i \ 3' -i-T> 2. Novi sintetični minerali S taljenjem mešanice apna in kremenčevega peska, ki smo ji dodali še K- sodo in K- živec, smo v TD Ruše (Nekovine) izdelali v uporovni peči sintetična volastonita, ki sta vsebovala šc K,0 (mešanici je bila dodana K- soda) oz. K,0 in Na,O (mešanici je bil dodan K-živec, ki je vseboval 6,2 % KoO in 3~5 % Na,0). Ker so pri proizvodnji aglomeriranih praškov zelo iskane surovine z višjo vsebnostjo MgO, kvaliteten sintermagnezit pa je Tabela 1: Kemični sestavi novih sintetičnih repromaterialov Sintetični SiO, MgO CaO Al,O, CaF, Fe,0, TiO, MnO repromaterial (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) Cuspidin 21,5 14,1 27.7 27.9 8.6 0,3 0.4 / Bustomit 31,0 16,6 31,9 3,6 5.0 1,1 0,5 10,0 25" 30° 35° 40° 45° vpadni kot žarčenja - /angle of incidence of radiation - „@" Slika 1: Difraktogram sintetičnega cuspidina Figure 1: Diffractogram of synthetic cuspidine SINTETIČNI CUSPIDIN C - cuspidine - Ca4 Si101 F2 S - spinel -Mg A^O^ A - akermanit Ca2Mg Si 2 0-j c, s M- m on tiče llit Ca Mg Si 0K Tabela 2: Rezultati navlaževanja polindustrijsko izdelanih fi-nozmletih (pod 0,5 mm) sintetičnih repromaterialov Sintetični repromaterial Cuspidin Bustomit % vlage % vlage (vsebnost H,0) (vsebnost H,0) po mletju 0,18 0,06 vezana voda (105-300°C) 0,07 / po navlaženju 0,56 0,10 po sušenju (I05°C) 0,07 / po sušenju (300°C) / / * 2 dni v vlažni komori Sintetični repromaterial "cuspidin" je glede navzemanja vlage (higroskopičnost) na meji uporabnosti kot repromaterial za proizvodnjo aglomeriranih visokoproduktivnih in legiranih varilnih praškov. Znižanje vsebnosti SiO, je kljub dodatku glinice in jedavca problematično. Povsem nehigroskopične sintetične repromateriale pa dobimo, če vsebnost SiO, ne znižamo pod 30 % (tabela 2 - bustomit). 3. Uvajanje novih sintetičnih mineralov v redno proizvodnjo aglomeriranih varilnih praškov Sintetične repromateriale, ki jih sedaj še polindustrijsko proizvaja TD Ruše, že vključujemo v redno proizvodnjo dodajnih materialov. Trenutno uporabimo pri izdelavi oplaščenih elektrod in aglomeriranih varilnih praškov skupno okoli 601 sintetičnega volastonita na leto. Laboratorijska testiranja novih sintetičnih mineralov z dodatki alkalijskih oksidov pa so dala zelo vzpodbudne rezultate tako glede kvalitete, kot tudi ekonomike proizvodnje. Volastonit in monticelit z dodatkom alkalijskih oksidov pa smo na osnovi zelo ugodnih laboratorijskih rezultatov preiskusili tudi industrijsko pri redni proizvodnji masovnih aglomeriranih varilnih praškov "OP 122" in "UNIFLUX Dl". Pri proizvodnji aglomeriranega varilnega praška "OP 122" smo uporabili 17 % sintetičnih mineralov (volastonit in monticelit z dodatkom alkalijskih oksidov - vzorec 1; pri vzorcu 2 pa smo uporabili tudi monticelit brez alkalijskih oksidov), pri proizvodnji aglomeriranega varilnega praška "UNIFLUX Dl" pa smo uporabili 5 % K-volastonita (vzorec 3). Tako pri proizvodnji, kot tudi pri uporabi (varjenju), se je pri aglomeri-ranem varilnem prašku "OP 122" pokazalo, da dodatek novih sintetičnih mineralov vpliva zelo ugodno - pri proizvodnji nastaja manj prahu, zato je izkoristek boljši: pri varjenju pa ugotavljamo zelo dobre varilno tehnične lastnosti (glej tabelo 3). posebno dodatek K-volastonita in K-monticelita zagotovi stabilno in mehko gorenje obloka ter lahko odstranjevanje varilne žlindre. Tabela 3: Varilno tehnične lastnosti industrijsko izdelanih aglomeriranih varilnih praškov "OP 122" in "UNIFLUX Dl" pri varjenju z žico EPP 2,