低品位凹凸棒石电焊条及其制备方法

摘要

本发明公开了一种低品位凹凸棒石基电焊条及其制造方法，该电焊条的药皮中各组分的质量分数为：改性低品位凹凸棒石35‑60%，白云石12‑23%，菱苦土15‑20%，石英砂8‑14%，淀粉1%，微晶纤维1%，白泥1‑2%，钛粉1‑2%，铁粉1‑2%；该电焊条的制造方法是:首先按照上述配方调制电焊条药皮，然后将电焊条药皮与改良钠钾水玻璃粘结剂搅拌均匀，送至焊条压涂机均匀压涂在焊芯上，烘干定型，即为电焊条。本发明通过对低品位凹凸棒石原矿进行改性处理后作为电焊条药皮的主要组分，不仅“变废为宝”，而且制备方法简单，降低了电焊条生产成本，同时采用改良钠钾水玻璃粘结剂制备的电焊条防潮性能优良，焊接工艺性能好，在电焊条制造领域有良好的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及电焊条制备技术领域，尤其是涉及一种低品位凹凸棒石基电焊条及其制造方法。

背景技术

现代建筑、桥梁、高速铁路等行业的快速发展需要大量钢材，而工程建设中钢材需要经焊接方式连接，因此电焊条需求量巨大。我国现已成为世界第一焊接材料生产大国。大理石、萤石、铁合金、金红石、钛白粉、石英、云母等都是电焊条药皮中的主要基本材料。进入21世纪以来，焊条药皮材料金红石、钛白粉等短缺及大幅度涨价，使电焊条的生产成本不断提高。

为了降低焊条生产成本，焊条行业均在研制开发新型低成本药皮配方。随着对新型电焊条药皮辅料的研发不断深入，成功将硅灰石、绢云母、蒙脱石、叶腊石和海泡石等非金属矿应用在焊条药皮中，取得了较好的效果。凹凸棒石属于硅酸盐矿物，我国凹凸棒石储量丰富，价格低廉，开采过程中大量低品位凹凸棒石被废弃，既浪费了资源，又造成了环境污染。凹凸棒石具有和蒙脱石、海泡石等类似的晶体结构和化学组成，且具有细腻、油脂滑感、吸水性强、湿状粘结性和可塑性好、干燥后收缩率小、不显裂纹、以及分散性和流动性好等特点，因而将凹凸棒石应用在焊条药皮中不仅可以提升低品位凹凸棒石的资源利用，同时可以为焊条药皮提供一种性能优良、价格低廉的辅料组分，具备一定的经济效益和实际应用价值。然而，天然的凹凸棒石原矿的主要成分除了二氧化硅和氧化镁、氧化铝外，还含有氧化亚铁、氧化锰等金属氧化物及硫磷等杂质。三价金属氧化物和二价金属氧化物在熔渣中容易形成尖晶石（MeO·Me₂O₃），此尖晶石与氧化亚铁的晶格常数相差不大，可以相互紧密排列，造成脱渣困难；同时硫磷含量过高时，焊缝容易产生裂纹。因此，需要对凹凸棒土进行改性处理，以降低氧化铝、氧化亚铁及硫磷含量，以满足电焊条药皮使用性能。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种低品位凹凸棒石基电焊条及其制造方法，通过改性处理将低品位凹凸棒石制备成新型的电焊条药皮材料，“变废为宝”，获得一种成本低廉、焊接工艺性能优良的低品位凹凸棒石电焊条，降低电焊条的生产成本。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：该电焊条的药皮中各组分的质量分数为：改性低品位凹凸棒石35-60%，白云石12-23%，菱苦土15-20%，石英砂8-14%，淀粉1%，微晶纤维1%，白泥1-2%，钛粉1-2%，铁粉1-2%。

其中，所述改性低品位凹凸棒石的处理方法是：第一步，将80~200目的低品位凹凸棒石原矿与酸水溶液混合，凹凸棒石与酸水溶液固液比为2.5~8mL/g，在带搅拌装置的电加热反应器中反应，反应温度为60~95^oC，反应时间为0.5h~4h，反应结束后洗涤至中性，过滤烘干，磨至200目；第二步，将酸化凹凸棒石与碱水溶液混合，凹凸棒石与碱水溶液固液比为3~7mL/g，在带搅拌装置的电加热反应器中反应，反应温度为50~85^oC，反应时间为1h~3h，反应结束后洗涤至中性，过滤烘干，磨至200目，得到改性低品位凹凸棒石。

其中，所用酸为甲酸、乙酸、盐酸中的一种，酸水溶液的浓度为1~20wt%。

其中，所用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水中的一种，碱水溶液的浓度为0.5~3wt%。

其中，该电焊条的制造方法是:首先按照上述配方调制电焊条药皮，然后将电焊条药皮与改良钠钾水玻璃粘结剂搅拌均匀，送至焊条压涂机均匀压涂在焊芯上，烘干定型，端点打磨，即为电焊条成品。

其中，所述改良钠钾水玻璃粘结剂是：采用物理方法在钠钾水玻璃粘结剂中依质量比添加0.5~8%的丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯中的一种或者两种混合而成。

其中，电焊条药皮与改良钠钾水玻璃粘结剂的质量比是3:1~5:1。

本发明具有以下优点：

（1）酸改性低品位凹凸棒石原矿，降低其金属氧化物的含量，提高凹凸棒石的白度，满足药皮对表观白度的要求；低品位凹凸棒石原矿在酸改性的基础上进行碱处理，显著降低硫磷含量，以其为焊条药皮制备电焊条具有良好的压涂工艺性能和表观颜色，不开裂，飞溅小，易脱渣，满足电焊条的焊接性能要求。

（2）我国低品位凹凸棒石原矿的储量丰富，易于开采，价格低廉，以此改性凹凸棒石作为电焊条药皮材料的主要组成成分，能很大程度上降低电焊条药皮的生产成本，同时能够将低品位凹凸棒石向高值化应用方向发展，实现“变废为宝”。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明的技术解决方案，这些实施例不能理解为是对技术方案的限制。

实施例1：首先，将200g凹凸棒土原矿在80>oC经质量浓度3%的甲酸水溶液1600mL酸化4h，洗涤至中性，过滤烘干，磨至200目；然后，在85>oC经质量浓度3%氢氧化钠水溶液800mL碱改性1h，洗涤至中性，过滤烘干，磨至200目，得到改性凹凸棒土；接着，按照改性凹凸棒石35%、白云石23%、菱苦土20%、石英砂14%、淀粉1%、微晶纤维1%、白泥2%、钛粉2%和铁粉2%的质量比例混合均匀，得电焊条药皮；最后，将电焊条药皮与改良钠钾水玻璃粘结剂按照质量比3:1，搅拌均匀，送至焊条压涂机均匀压涂在焊芯上，烘干定型，端点打磨，即为电焊条成品，其中所述的改良钠钾水玻璃粘结剂由钠钾水玻璃粘结剂中添加其质量的0.5%丙烯酸甲酯混合而得。

上述所得电焊条的压涂性能优良，测定电焊条熔敷金属成分：C为0.06%，Mn为0.43%，Si为0.25%，P为0.027%，S为0.009%，脱渣率82%，飞溅率53%，焊缝光滑美观。

实施例2：首先，将200g凹凸棒土原矿在95^oC经质量浓度20%的甲酸水溶液500mL酸化1h，洗涤至中性，过滤烘干，磨至200目；然后，在50>oC经质量浓度3%氢氧化钾水溶液800mL碱改性1h，洗涤至中性，过滤烘干，磨至200目，得到改性凹凸棒土；接着，按照改性凹凸棒石53%、白云石15%、菱苦土15%、石英砂11%、淀粉1%、微晶纤维1%、白泥2%、钛粉1%和铁粉1%的质量比例混合均匀，得电焊条药皮；最后，将电焊条药皮与改良钠钾水玻璃粘结剂按照质量比5:1，搅拌均匀，送至焊条压涂机均匀压涂在焊芯上，烘干定型，端点打磨，即为电焊条成品，其中所述的改良钠钾水玻璃粘结剂由钠钾水玻璃粘结剂中添加其质量的4%丙烯酸乙酯混合而得。

上述所得电焊条的压涂性能较好，测定电焊条熔敷金属成分：C为0.09%，Mn为0.41%，Si为0.22%，P为0.019%，S为0.017%，脱渣率84%，飞溅率58%，焊缝光滑美观。

实施例3：首先，将200g凹凸棒土原矿在80>oC经质量浓度9%的乙酸水溶液1200mL酸化2.5h，洗涤至中性，过滤烘干，磨至200目；然后，在85>oC经质量浓度3%氨水水溶液800mL碱改性3h，洗涤至中性，过滤烘干，磨至200目，得到改性凹凸棒土；接着，按照改性凹凸棒石47.5%、白云石17.5%、菱苦土17.5%、石英砂11%、淀粉1%、微晶纤维1%、白泥1.5%、钛粉1.5%和铁粉1.5%的质量比例混合均匀，得电焊条药皮；最后，将电焊条药皮与改良钠钾水玻璃粘结剂按照质量比4:1，搅拌均匀，送至焊条压涂机均匀压涂在焊芯上，烘干定型，端点打磨，即为电焊条成品，其中所述的改良钠钾水玻璃粘结剂由钠钾水玻璃粘结剂中添加其质量的8%丙烯酸甲酯混合而得。

上述所得电焊条的压涂性能较好，测定电焊条熔敷金属成分：C为0.12%，Mn为0.38%，Si为0.24%，P为0.021%，S为0.03%，脱渣率78%，飞溅率49%，焊缝光滑美观。

实施例4：首先，将200g凹凸棒土原矿在60>oC经质量浓度6%的甲酸水溶液1600mL酸化4h，洗涤至中性，过滤烘干，磨至200目；然后，在85>oC经质量浓度0.5%氢氧化钠水溶液1400mL碱改性3h，洗涤至中性，过滤烘干，磨至200目，得到改性凹凸棒土；接着，按照改性凹凸棒石60%、白云石12%、菱苦土15%、石英砂8%、淀粉1%、微晶纤维1%、白泥1%、钛粉1%和铁粉1%的质量比例混合均匀，得电焊条药皮；最后，将电焊条药皮与改良钠钾水玻璃粘结剂按照质量3:1，搅拌均匀，送至焊条压涂机均匀压涂在焊芯上，烘干定型，端点打磨，即为电焊条成品，其中所述的改良钠钾水玻璃粘结剂由钠钾水玻璃粘结剂中添加其质量的8%丙烯酸乙酯混合而得。

上述所得电焊条的压涂性能较好，测定电焊条熔敷金属成分：C为0.12%，Mn为0.31%，Si为0.19%，P为0.026%，S为0.015%，脱渣率88%，飞溅率54%，焊缝光滑美观。