карбид какого металла применяется при газосварке
Что такое карбид кальция для сварки
Многие люди не понаслышке знают, что такое карбид натрия или кальция. В 80-х годах даже крохотный кусок этой твердой коричневатой или серой субстанции считался огромным богатством, особенно для маленьких детей, которые так любили с ним играться. Все дело в том, что при контакте с водой вещество вступает в термическую реакцию, выделяя дым. Запах карбида напоминает аромат чеснока.
Карбид кальция в сварке
Для сварочных работ карбид является чуть ли не идеальным веществом, потому что при взаимодействии с водой выделяет в окружающее пространство летучий газ ацетилен, который служит основой металлизации, напайки, кислородной сварки и множества иных процессов, относящихся к обработке металлических сплавов.
Создается этот состав при очень высокой температуре (до 2400 градусов) посредством расплавления негашеной извести и кокса внутри электродуговой печки. Затем раскаленное жидкое вещество помещается в специальные формы (изложницы), где оно застывает и твердеет. Затем карбид раскалывают на кусочки размером не более 8 см. В итоге полученная субстанция будет состоять примерно на 78% из карбида кальция, а остальные 22% — это известковые окиси, примеси и иные вещества.
Так как при воздействии воды карбид выделяет большое количество ацетиленового газа и тепловой энергии, это существенно затрудняет его хранение. Чтобы избежать порчи вещества, его нередко укладывают в герметичные стальные резервуары. При открытии этих металлических сосудов необходимо избегать открытого пламени и искр, иначе могут быть печальные последствия.
Карбидная пыль (частички до 2 мм) непригодна для применения, потому что растворяется в воде практически моментально. Кроме того, при хранении большого количества пыли увеличивается риск, что применение состава в итоге приведет к взрыву резервуара. Специалисты отмечают, что килограмм рассматриваемого вещества способен выделить при взаимодействии с водой более 260 кубических дюймов ацетилена.
Карбид часто используется для газовой резки и сварки. При горении ацетилен контактирует с кислородом и достигает температуры 3150, что делает этот газ совершенно незаменимым при обработке тугоплавких металлических сплавов. В целях безопасности ацетилен делают в особых генераторах на основе угля, нефти, природного газа или карбида кальция.
Особенности применения
В сварке это вещество используют везде. Делают это по следующей схеме:
Карбид при сварочных работах выполняет функции топлива, насыщающего генератор газа. И без его применения будет трудно применять ацетиленовую горелку. Ведь газовый баллон очень нелегко перемещать. А карбидные кусочки достаточно положить в герметичный сосуд и транспортировать на совершенно любые расстояния, предотвратив появление влаги.
Требования безопасности
В связи с тем, что это опасный материал, работать с ним нужно, строго соблюдая правила безопасности. Основные правила, которые обязательно должны выполнять при сварке с помощью карбида:
Соблюдая эти правила, можно безопасно пользоваться карбидом для сварки. Кроме того, это вещество позволяет сэкономить и сократить расход ацетилена.
Содержание
История получения карбида кальция
Карбид кальция был получен случайно в 1862 г. Немецкий химик Фридрих Вёлер (Friedrich W?hler) при попытке выделения металлического кальция из извести (карбоната кальция СаСО3) путем длительного прокаливания смеси, состоящей из извести и угля, получил массу сероватого цвета, в которой не обнаружил признаков металла. Как результат неудавшегося эксперимента он выбросил эту массу на свалку во дворе. Во время дождя лаборант заметил выделение какого-то газа из выброшенной массы. Это заинтересовало Фридриха Вёлера, он провел анализ газа и установил, что это ацетилен (С2Н2), ранее открытый Эдмундом Дэви (Edmund Davy), в 1836 г.
Однако имя этому газу присвоил французский химик Пьер Эжен Марселен Бертло (Marcellin Berthelot) после того, как в 1863 году получил ацетилен, пропуская водород над раскалёнными электрической дугой графитовыми электродами.
Томас Уилсон (Thomas Leopold «Carbide» Willson) в 1888 году и Фердинанд Фредерик Анри Муассан (Ferdinand Frederic Henri Moissan) в 1892 независимо друг от друга открыли метод получения карбида кальция в дуговой электропечи, что послужило толчком для дальнейшего развития промышленного получения технического карбида кальция.
В России первые заводы по изготовлению карбида кальция были построены акционерным обществом «Перун» в 1908 г. в Земковицах, а в 1910 г. в Петербурге. В 1914 г. на этом заводе работали две карбидные печи мощностью по 500 кВт и две печи по 900 кВт.
В 1917 г. при Макеевском металлургическом заводе была построена установка с электропечью мощностью 1800 кВт. Почти одновременно на заводе в Баку для нужд нефтепромышленности и на Аллавердском медеплавильном заводе также были пущены карбидные печи.
В 1930 г. был построен и пущен первый большой карбидный завод в Растяпино (ныне г. Дзержинск Нижегородской области). На этом заводе карбид кальция впервые стал выпускаться не только как товарный продукт, но и для получения цианамида кальция.
Получение карбида кальция
Технический карбид кальция получают в результате взаимодействия обожженной извести (СаО) с коксом (3С) или антрацитом в электрических печах при температуре 1900-2300°С. Шихту, состоящую из смеси кокса или антрацита и извести в определенной пропорции, загружают в электропечь, шихта расплавляется, при этом происходит эндотермическая химическая реакция (с поглощением тепла) по формуле:
Таким образом, для получения 1 т карбида кальция требуется:
Однако вследствие значительных потерь энергии в карбидных печах практически для получения 1 т технического карбида кальция расходуется от 2800 до 3700 кВт·ч в зависимости от мощности печи. Если мощность печи меньше 1000 кВт, то расход электроэнергии может достичь 4000 кВт·ч/т и более.
Расплавленный карбид кальция сливают из печи в специальные изложницы, в которых он остывает и затвердевает. После затвердевания его дробят в щековых дробилках и сортируют в решетчатых барабанах на куски различной величины от 2 до 80 мм.
Выход кусков различных размеров при дроблении приведен ниже:
| Грануляция, мм | 25-80 | 15-25 | 8-15 | 2-8 | до 2 |
|---|---|---|---|---|---|
| Выход, % | 66-80 | 8-10 | 6-14 | 4,5-6,5 | 1,5-3,0 |
Товарным карбидом кальция считается грануляцией от 2 до 100 мм. Карбидная пыль, получающаяся при дроблении, непригодна для нормальных ацетиленовых генераторов из-за слишком энергической реакции с водой, перегрева и опасности взрыва.
Зависимость удельного веса технического карбида кальция от содержания в нем СаС2, приведена в таблице ниже:
| Содержание СаС2 в техническом карбиде, % | 80 | 75 | 70 | 65 | 60 | 55 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Удельный вес технического карбида | 2,32 | 2,37 | 2,41 | 2.45 | 2,49 | 2,53 |
Технический карбид кальция, получаемый в электропечах, содержит ряд примесей, попадающих в него из исходных материалов, которыми пользуются при его производстве. Средний химический состав применяемого для сварки:
| Компонент | Содержание, % (по массе) |
|---|---|
| Карбид кальция (СаС2) | 72,5 |
| Известь (СаО) | 17,3 |
| Окись магния (MgO) | 0,4 |
| Окись железа (Fe2O3) и окись алюминия (Al2O3) | 2,5 |
| Окись кремния (SiO2) | 2,0 |
| Сера (S) | 0,3 |
| Углерод (С) | 1,0 |
| Другие примеси | 4,0 |
Как видно из приведенного состава, основной примесью является известь.
Примеси, содержащиеся в исходных материалах, применяемых для производства, ухудшают его качество. Особенно вредными примесями являются фосфор и сера, которые переходят в карбид кальция в виде фосфористых и сернистых соединений кальция, а при разложении карбида попадают в ацетилен в виде фосфористого водорода и сероводорода.
Гидролиз или карбид кальция плюс вода
Экзотермическая реакция (т.е. с выделением тепла) взаимодействия карбида кальция с водой протекает бурно по уравнению:
Тепловой эффект реакции слагается из тепла, выделяемого при взаимодействии с водой карбида кальция и негашеной извести. Взаимодействие извести с водой протекает по уравнению:
Выход ацетилена объем ацетилена в литрах, выделяемый при разложении 1 кг карбида, приведенный к 20° и 760 мм рт. ст.
Для разложения 1 кг химически чистого карбида кальция теоретически необходимо 0,562 кг воды, при этом получается 0,406 кг ацетилена (285 л) и 1,156 кг гашеной извести.
Значительный тепловой эффект реакции карбида кальция и опасность перегрева ацетилена заставляют вести процесс с большим избытком воды для охлаждения. Это делает процесс более безопасным. Температура выходящего из генератора ацетилена при этом превышает температуру окружающей среды всего на 10-15°С.
Количество воды необходимое для реакции с карбидом кальция
Минимальное количество воды, необходимое для охлаждения при реакции 1 кг карбида кальция, может быть рассчитано следующим образом.
При разложении 1 кг 70%-го карбида кальция образуется 0,284 кг ацетилена и 1,127 кг гидрата окиси кальция т.е. гашеной извести (принимая содержание окиси кальция в карбиде кальция равным 24%).
Принимаем, что начальная температура воды равна 15° С, а температура в генераторе во время работы равна 60° С. Уравнение теплового баланса для 1 кг карбида кальция выражается следующим образом:
Искомый минимальный безопасный объем воды равен:
Как уже говорилось выше, технический карбид кальция обычно содержит не более 70-80% CaC2. Поэтому из 1 кг технического карбида кальция можно получить от 230 до 280 л ацетилена.
Если учесть потери ацетилена на растворение в воде и продувку ацетиленового генератора, то для получения 1 м 3 (1000 дм 3 ) ацетилена практически приходится расходовать 4,3-4,5 кг карбида кальция. Более точные данные о фактическом выходе ацетилена в зависимости от количества примесей (сорта) и размеров «кусков» (грануляции) указаны в ГОСТ 1460.
Параметры влияющие на скорость реакции с водой
Чем меньше размеры кусков, тем быстрее происходит реакция карбида кальция с водой.
Чем выше температура воды, тем быстрее идет реакция карбида кальция. Если вода сильно загрязнена гашеной известью, образующейся при реакции карбида кальция, то реакция замедляется.
При разложении неподвижного карбида кальция в недостаточном количестве воды куски его могут покрываться коркой гашеной извести и сильно перегреваться, при этом может иметь место реакция:
В этом случае реакция карбида кальция происходит за счет отнятия влаги, содержащейся в гашеной извести. В результате повышается плотность корки, что приводит к еще большему перегреву. Поэтому непрерывное удаление извести из зоны реакции имеет большое значение, так как перегрев может привести к взрыву ацетилено-воздушной смеси или вызвать взрывчатый распад ацетилена.
При погружении карбида кальция в воду процесс разложения протекает также весьма неравномерно: вначале реакция идет очень активно с бурным выделением ацетилена, а затем скорость реакции уменьшается. Это объясняется уменьшением поверхности кусков и тем, что они покрываются коркой извести, препятствующей свободному доступу воды.
При перемешивании воды с находящимся в ней карбидом кальция реакция происходит быстрее и равномернее.
Скорость реакции карбида кальция в воде зависит от чистоты карбида кальция и поверхности соприкосновения кусков карбида кальция с водой.
Скорость реакции карбида кальция в воде является весьма важным элементом, характеризующим качество карбида кальция. Для практических целей пользуются понятием продолжительности разложения.
Продолжительностью разложения считают время, в течение которого выделяется 98% от всего количества ацетилена, который может быть выделенным из карбида кальция, так как остаток разлагается очень медленно и не характеризует процесс разложения применительно к условиям работы ацетиленовых генераторов.
В таблице ниже приведены экспериментальные данные о продолжительности разложения карбида кальция в зависимости от размеров его кусков.
| Размеры кусков, мм | Пыль | 2/4 | 5/8 | 8/15 | 15/25 | 25/50 | 50/80 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Продолжительность разложения, мин. | Несколько секунд | 1,17 | 1,65 | 1,82 | 4,23 | 13,5 | 16,6 |
Следует, оговорить, что данные таблицы характеризуют лишь те образцы карбида кальция, с которыми были проведены опыты. Практически могут иметь место значительные отклонения, главным образом в сторону уменьшения скорости реакции.
Скорость разложения в значительной степени зависит от выхода ацетилена из карбида кальция. Чем ниже выход, тем меньше скорость реакции.
На диаграмме ниже показаны изменения в скорости разложения карбида кальция двух сортов с одинаковыми размерами кусков (25/50).
Карбид кальция плюс азот
При температуре 1000°С карбид кальция, взаимодействуя с азотом, образует цианамид кальция. Уравнение реакции имеет следующий вид:
Эта реакция используется для промышленного производства цианамида кальция. Цианамид кальция применяется в качестве удобрения и как исходный продукт для получения цианидов.
Карбид кальция плюс водород
С водородом карбид кальция вступает в реакцию при температуре выше 2200°С с образованием ацетилена и металлического кальция. При высокой температуре карбид кальция восстанавливает большинство окислов металлов.
Хранение карбида кальция
После того как был получен карбид кальция хранение его допускается в специальных герметичных барабанах и специально оборудованных помещениях, но все это уже рассмотрено в статье о том, где и как хранить карбид кальция.
Карбид кальция для сварки: что это такое?
В промышленности активно применяется газовая сварка, которая еще долго будет востребована в народном хозяйстве. Причиной этому является то, что температура пламени горелки может достигать 3150°С.
Такая температура позволяет варить не только обычную сталь, но также легированные и цветные металлы, которые не сможет проварить сварочный аппарат обычными электродами. Кроме того, газовой горелкой можно эффективно резать металл большой толщины и различной конфигурации сечения. Такие характеристики пламени достигаются смешиванием ацетилена и кислорода перед горением. Выделяет газ ацетилен карбид для сварки. Его изобрел немецкий химик Фридрих Велер в 1862 году. Для его создания он поместил сплав цинка с кальцием в раскаленные угли.
Что такое карбид для сварки
В состав карбида входят два химических элемента: углерод и кальций, поэтому его полное название – карбид кальция. После завершения производства, в готовом виде он выглядит, как куски затвердевшего цемента серого или коричневого цвета. Вступив в реакцию с водой, сильно нагревается и выделяет большой объем газа – ацетилена, имеющего резкий химический запах. Если смешать 560 мл воды с 1000 г карбида, то в результате их реакции выделится 372 л ацетилена и образуется 1160 г гашеной извести.
Получают это вещество путем сплавления негашеной извести (оксид кальция) и кокса в электропечи, при температуре 1900°С – 2300°С. На современных предприятиях для производства карбида кальция применяют рудовосстановительные печи с мощностью от 60 до 80 мегавольт – ампер, с квадратными или круглыми ванными.
Печь для производства карбида кальция
Сварка с применением данного вещества состоит из следующих этапов:
Полученный материал обладает плотностью 2,2 г/см3. В его состав входит около 77 % СаС2 и 23 % извести с различными примесями. Чем больше кусок карбида, тем дольше он разлагается в ходе реакции, но выделяется больший объем ацетилена. Однако если при сварочных работах применять карбид мелкой фракции, реакция может быть настолько бурной, что это может привести к взрыву.
Так выглядит карбид кальция
Карбид кальция как «топливо» для сварки.
Как уже было выше сказано, карбид при сварке вступает в активную реакцию с водой, выделяя огромное количество тепла и ацетиленового газа. Эта его особенность усложняет хранение карбида, поэтому для его сохранности вещество помещают в герметичные баки из кровельной стали вместимостью 100 и 130 килограмм. Так как карбид выделяет легковоспламеняющийся ацетилен, то жизненно важно при открытии данных бидонов избежать искр и открытого огня.
Пыль карбида кальция – частицы до 2 миллиметров – не годится для использования, так как практически сразу растворяется в воде и при этом, возрастает вероятность, что использование такого состава приведет к взрыву всего баллона.
Для любознательных – один килограмм карбида кальция, в зависимости от чистоты и размера кусков, при контакте с водой может выделить более 250 дм3 ацетилена!
Карбид кальция активно применяется во время газовой сварки и резки. Во время горения с кислородом, ацетилен может достигнуть наивысшей температуры плавления до 3150 градусов Цельсия, что делает его незаменимым в работе с тугоплавкими металлами, потому что для сваривания или резки необходима температура, вдвое превышающая градус плавления самого металла.
Для безопасного использования, ацетилен производят в специальных генераторах (рис. 2) на основе карбида кальция или природного газа, нефти и угля.
Второй способ получения ацетилена из природного газа, нефти и угля – более дешевый, чем применение карбида кальция, примерно на 30 – 40%.
Техника безопасности
Не только сам газ ацетилен, но и сухой карбид являются взрывоопасными веществами. Поэтому при сварочных работах необходимо строго придерживаться предписанных инструкциями мер безопасности. Чтобы не произошли аварийные ситуации, которые могут привести к трагедии, необходимо придерживаться следующих правил:
Процесс получения ацетилена из карбида
Устройство для получения ацетилена из карбида кальция называется ацетиленовый генератор. Оборудование бывает передвижным и стационарным. Мобильные генераторы используются, в основном, при проведении ремонтных работ, стационарные – на объектах с большими объемами сварочных процессов. Как получают ацетилен из карбида кальция? Принцип работы генератора состоит в следующем:
Вторичный продукт в виде гашеной извести удаляется из генератора при помощи специального бункера. При работе с ацетиленовым генератором надо помнить, что в непосредственной близости от него категорически нельзя курить и пользоваться электрическими инструментами. Газовая горелка должна находиться не ближе 10 метров. Именно такого размера должна быть минимальная длина сварочного шланга.
Если возникла потребность в сварочных работах и нужно решить, где взять карбид, то надежнее всего обратиться к прямым поставщикам или купить в интернет магазинах, которые организуют доставку транспортной компанией.
Область применения
Карбид кальция (Calcium carbide) используется для получения цианамида кальция (методом реакции с азотом), из которого синтезируют цианистые соединения и удобрения, производства карбидно-карбамидных регуляторов роста растений и карбидного порошкового реагента.
Без этого вещества не обходится и проведение автогенных работ и освещения, изготовление ацетиленовой сажи и других материалов: синтетического каучука, алконитрила, стирола, винилхлорида, уксусной кислоты, хлорпроизводных ацетилена, искусственных смол, этилена, ацетона и др. Также оно применяется в процессе газосварки, производстве карбидных ламп.
Из специальной фракции calcium carbide (прошедшей переработку с применением отходов и некондиционного сырья) путем реакции с водой получают газ ацетилен и побочный продукт – гашеную известь. Эта процедура сопровождается выделением значительного количества тепла. Объем получаемого газа зависит от чистоты карбида кальция (чем чище материал, тем больше выйдет ацетилена) и варьируется в пределах 235-285 л от 1 кг карбида.
Теоретически для разложения 1 кг calcium carbide требуется 0,56 л воды, но на практике используют от 5 до 26 л жидкости, чтобы лучше охладить ацетилен и обеспечить безопасность процесса. Быстрота разложения будет зависеть от грануляции и чистоты исходного материала, а также от температуры и чистоты воды (чем чище и меньше размер, больше температура, тем выше скорость реакции).
Применение карбид бора
Карбид бора формула B4C. Также его называют бор карбид. Выглядит серо-черными блестящими кристаллами с ромбической решеткой.
И хотя он был открыт еще в 19 столетии, очень востребован для порошковой металлургии сегодня. В частности, метод спекания в условиях высокого давления позволяет создать прочные изделия без пор. Процессы диффузии в соединении с В4С протекают очень медленно и мешают компактированию свободного спекания. Вот почему и используют указанный метод. Очень устойчив к различным агрессивным средам. Химически стабилен и имеет малый удельный вес.
Рассмотрим более детально свойства и применение карбид бора.
Свойства
Стоит отметить, что у карбид бора свойства химического, механического и физического характера представлены широким спектром.
Относится к классу самых стойких в химическом плане. Окисление происходит на открытом воздухе при уровне температуры более 600°С. Твердость сравнима с алмазами. Очень прочен. Плотность карбида бора — 2,52 г/см3. Ключевым для применения является тот факт, что карбид бора не растворяется ни в воде, ни в высококонцентрированных кислотах. Разлагается при размещении вещества в щелочных растворах при кипении.
Если речь идет об азоте, фосфоре, сере, то реагирует при достижении температурного значения более 1250 градусов Цельсия). Формирование трёххлористого бора и углерода при реакции с хлором, при температурах более 1000 градусов Цельсия. Плавится при температурном режиме выше 2300 градусов.
Хранение и перевозка
Карбид бора следует хранить только в заводской упаковке в складских крытых помещениях, где максимально сухо и хорошая вентиляционная система. Допуская нарушения в условиях, невозможно исключить, что ряд физических и химических свойств будет нарушен. Подобное недопустимо.
Транспортировку данной продукции можно осуществлять любыми способами. Обратившись в нашу компанию, покупатели могут самостоятельно обозначить, как она будет перевозиться и какой транспортной организацией.
Применение
Занимает одно из первых мест среди других материалов, которые могут быть использованы для актуальных промышленных процессов. Благодаря качественным показателям карбид бора широко применяется в современных процессах хозяйствования. В частности, важен для пескоструйной обработки поверхностей — деревянных мебельных, стеклянных, металлических, фасадов зданий и ограждений.
Сфера применения карбид бора зависит от величины кристаллов, поэтому он может быть задействован:
Экспертами было установлено, что если смешать соединение и алмазную пыль, то его абразивные характеристики станут выше. Также повысится уровень сопротивления к окислительным реакциям. Используется в большом производстве и в домашних условиях.
В нашей компании можно оформить дистанционную заявку на покупку. Для этого, Вам потребуется в электронном письме указать необходимое наименование и количество. Гарантируем оперативную обратную связь.
Как получают карбид?
Сначала о карбиде кальция. Его производство – дело востребованное. И хотя такие заводы требуют больших трат, особенно когда речь заходит об электроэнергии, предприятия от привычного способа изготовления не отказываются. Потому как спрос на такую продукцию не спешит падать. Ведь без ацетилена вряд ли можно представить хоть одну стройку. Чтобы экономить на электричестве, подобные предприятия открывают в странах с большим количеством ГЭС, в Канаде, например.
Почему же не перейти на работу с метаном, ведь из него тоже можно получить такой летучий газ? Да потому, что карбид кальция дает практически чистый продукт, довести до ума 98-ми процентный газ несложно. И перевозить его гораздо проще, чем тот, что получен при участии метана.
Главным объектом на таких производствах выступают электрические печи. В них загружают твердый уголь, который еще зовут коксом, и оксид кальция (известь, причем абы какая не подойдет, нужна очищенная и однородная). Все это раскаляется до 2-х тысяч градусов. И вуаля, реакция пошла.
Как результат жидкая субстанция, которая и станет потом привычным нам соединением. Но сначала ей нужно охладится в формах. После того, как градус снижен, эти пласты дробят на более удобные в использовании куски.
Теперь о кремниевом варианте. Получили его абсолютно случайно, как это по обыкновению бывает. Американский ученый пытался создать искусственный алмаз. В результате экспериментов произошло получение карбидов кремния (они, кстати, на втором месте по твёрдости после не ограненного бриллианта).
Он его запатентовал и открыл первый завод по производству материала. Сказать, что технология с тех пор сильно изменилась – нельзя. Разве что из нее исключили песок и соль, остался углерод и кремнезём, которые все так же накаляют до максимальных температур в печах.
Если говорить о соединении с кальцием, то за один килограмм придется выложить около 80-ти рублей. Когда речь идет о кремнии в составе, накидывайте сверху еще пару рублей. Алюминиевая производная также доступна по цене, потратиться придется в пределах сотни. В такую же сумму обойдется карбид титана, молибдена и хрома.
Теперь о более затратных вариантах, к примеру, карбид вольфрама – покупка не из дешевых. Приготовьте около полутора тысяч рублей, с которыми придется распрощаться, приобретая 1000 граммов сырья.
Есть еще один «приятный» бонус, изготовитель может ограничить Вас в выборе количества приобретаемого товара, ведь многие указывают, что Вы обязаны купить минимум 10 килограммов. А если намерены приобрести состав с бором, то и того не легче – меньше 30-ти кило Вам вряд ли кто-то продаст, в то время как 1 кг. вылетит аж в 2 тысячи рублей.