АМС - Алюмосиликомарганец қорытпасы
Қ.ЖҰБАНОВ АТЫНДАҒЫ АҚТӨБЕ ӨҢІРЛІК УНИВЕРСИТЕТІ
Металлургия және тау-кен ісі кафедрасы
МАГИСТРЛІК ДИССЕРТАЦИЯ
Mn-Si-Al құрамдас кешенді лигатура балқыту үрдісін модельдеу
Орындаушы:_________________________ ________________ Узбекбаев Е.М.
Ғылыми жетекші:___________________________ ________ Келаманов Б.С.
Қорғауға жіберілді
Кафедра меңгерушісі _____________________________ Жумагалиев Е.У.
____ _________________ 2023 ж.
Ақтөбе
2023
РЕЗЮМЕ
Мировые стандарты качества растут с каждым годом, в рамках которых производители стремятся снизить стоимость металлопродукции за счет экономии энергоресурсов и используемых материалов, не теряя при этом качества в конкуренции. В этой связи одним из приоритетных направлений развития черной металлургии является увеличение производства новых материалов многоцелевого назначения на основе природного сырья и техногенных отходов.
Известно, что значительное улучшение качества стали может быть обеспечено применением комплексных лигатур, состоящих из кремния, марганца и алюминия, которые способствуют более глубокой очистке от кислорода и неметаллических примесей на стадии окислении [1-5].
Лигатуру получают из составляющих их чистых металлов путем выплавки из руд, концентратов и материалов, не применяемых непосредственно к производству ферросплавов. В черной металлургии лигатура отличается от ферросплавов тем, что используется не только для легирования, но и для окислении стали и получения специальных сплавов. Исходя из литературных источников, мы полагаем, что это неверное утверждение, поскольку общее название лигатуры не относится к способу воздействия на сплав (легирование, модификация, окисления, десульфуризация и т.д.). В терминологическом словаре "лигатура на латыни означает связь". В настоящее время в технической литературе используется фраза лигатура для модификации и легирования. На основании вышеизложенного можно сказать, что ферросплавы относятся к лигатурам [6, 7].
Известно, что при производстве специальных сплавов для окисление и легирования стали и специальной стали следует использовать комплексные лигатуры (далее в тексте - КЛ) [1]. Ранее КЛ получался методом плавки нескольких ферросплавов в плавильных агрегатах или ковшах при заливке руды из термической печи. Однако этот метод неэкономичен, поскольку при переплавке нескольких ферросплавов приводит к дополнительным затратам электроэнергии и материалов, а также отрицательно сказывается на окружающей среде [8].
В авторских работах Г.В. Медведева и Т.Д. Такенова показана возможность выплавки нестандартных сырьевых материалов: низкосортной марганцевой руды, высокозольного угля или КЛ из угольных пород [1]. Привлечение марганцесодержащих руд и высокозольного угля, не используемого в энергетических целях, к металлургической переработке является одной из первоочередных задач производственных предприятий и научно-исследовательских центров.
Fe-Si-Mn-Al КЛ имеет ряд преимуществ перед стандартными ферросплавами, которые улучшают процесс окислении стали (быстро растворяются в стали) и, в конечном итоге, повышают эксплуатационные свойства стали, в то время как обработанный металл содержит минимальное количество неметаллических примесей. Производство КЛ позволяет применять новые виды сырьевых материалов, перерабатывать техногенные некондиционные сырьевые материалы, максимально использовать все их компоненты и разрабатывать малоотходные и безотходные технологии получения ферросплавов [9, 10].
Актуальность работы. Актуальность работы обусловлена увеличением производства высококачественных металлов и металлоизделий, а также привлечением к металлургической переработке марганцесодержащих руд и неэнергетического высокозольного угля, непригодных для непосредственного применения в производстве ферросплавов Республики Казахстан.
Наряду с увеличением объемов производства высококачественных металлов и металлоизделий с каждым годом повышается и качество, в рамках которого производители пытаются снизить стоимость металлопродукции за счет экономии энергоресурсов и используемых материалов, не теряя при этом качества в конкуренции. Улучшение качества стали может быть обеспечено применением КЛ, содержащих кремний, марганец и алюминий, которые способствуют глубокой очистке стали от кислородных и неметаллических примесей на стадии окислении.
Цель работы. Разработка технологии получения комплексных лигатур, образующих Fe-Si-Mn-Al из марганцосодержащих шихтовых материалов и высокозольных углей РК. Изучение физико-химических характеристик исходных шихтовых материалов и полученных продуктов. Определение рациональных технологических параметров процесса плавки комплексной лигатуры.
Новизна работы: В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана технология получения КЛ пригодных для посредственного применения в производстве стали, в частности кислородсодержащих в производстве тихой и полуспокойной стали.
Практическая значимость. На основе приведенных исследовании будут получены прогнозируемые марганецсодержащие комплексные сплавы применяемые в дальнейшем в сталеплавильном отрасле.
Сведения об объеме магистерской диссертации и количестве иллюстративных материалов. Диссертация изложена на 67 страницах машинописного текста, вкллючает введние, 3 главы, заключение, 25 рисунков, 31 таблиц, список литературы из 110 наименований.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6
КРЕМНИЙ, МАРГАНЕЦ ПЕН АЛЮМИНИЙ ҚҰРАМДАС ҚОРЫТПАЛАРДЫ БАЛҚЫТУ ТЕХНОЛОГИЯСЫНЫҢ ЖАЙ-КҮЙІ, КЕШЕНДІ ЛИГАТУРАНЫ БАЛҚЫТУҒА ҚАЖЕТТІ ШИКІЗАТ БАЗАСЫНА САРАПТАМАЛЫҚ ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
8
1.1
Қазақстан Республикасында құрамында кремний, марганец, алюминий бар кешенді қорытпаларды балқыту мәселесінің жай-күйі ... ... ... ... ... ..
9
1.2
Қазақстан Республикасының көмір бассейндері мен кен орындары туралы жалпы мәлімет ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
17
1.3
Қазақстан Республикасының марганец кен орындары туралы жалпы мәлімет ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
23
Fe-Si-Mn-Al МЕТАЛДЫҚ ЖҮЙЕСІНІҢ ФАЗАЛЫҚ ҚҰРАМЫН ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ ДИАГРАММАЛЫҚ ТАЛДАУ ЖӘНЕ КЕШЕНДІ ЛИГАТУРАНЫ АЛУ ПРОЦЕСІН МОДЕЛЬДЕУ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... .
27
2.1
Fe-Si-Mn-Al металдық жүйесінің термодинамикалық диаграммалық талдауы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
27
2.1.1
Құрамында Fe-Si-Mn-Al қорытпасының кристалдануын зерттеудің теориялық негіздемесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
27
2.1.2
Fe-Si-Mn-Al металдық жүйесінің қос жүйелері қосылыстарының термодинамикалық қасиеттерін талдау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...
30
2.1.3
Fe- Si-Mn-Al металдық жүйесінің үштік жүйелері қосылыстарының термодинамикалық қасиеттерін талдау және триангуляцияны жүргізу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
37
2.1.4
Fe- Si-Mn-Al металдық жүйесінің тетраэдрациясы ... ... ... ... ... . ... ... ... ...
41
Fe-Si-Mn-Al КЕШЕНДІ ЛИГАТУРАСЫН БАЛҚЫТЫП АЛУ ТЕХНОЛОГИЯСЫН СЫНАУ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
46
3.1
Кен-термиялық зертханалық және ірі зертханалық электр пештерінде балқыту үшін шихта материалдарын дайындау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
46
3.2
Қуаттылығы 150 кВ·А зертханалық кен-термиялық электр пешінде Fe-Si-Mn-Al кешенді лигатурасын балқыту ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
49
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
54
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ..
55
АНЫҚТАМАЛАР, БЕЛГІЛЕНУЛЕР ЖӘНЕ ҚЫСҚАРТУЛАР
ҚарИУ - Қарағанды индустриялық университеті КеАҚ
ХМИ - ҚР минералды шикізатты кешенді қайта өңдеу ұлттық орталығының филиалы Ж.Әбішев атындағы Химия-металлургия институты
ИМЕТ - Ресей Ғылым академиясының Орал бөлімінің Металлургия институты Федералды мемлекеттік бюджеттік ғылыми мекемесі (Екатеринбург қ., Ресей Федерациясы)
КЛ - кешенді лигатура
МемСТ - мемлекеттік стандарт
ҚР СТ ISOIEC - Қазақстан Республикасының Ұлттық стандарты ISOIEC
АМС - Алюмосиликомарганец қорытпасы
ТТТ - толық термодинамикалық талдау
КІРІСПЕ
Әлемдік сапа стандарттары жыл сайын артып келеді, оның аясында өндірушілер бәсекеде сапаны жоғалтпай, энергия ресурстары мен қолданылатын материалдарды үнемдеу арқылы металл өнімдерінің құнын төмендетуге тырысады. Осыған байланысты қара металлургияны дамытудың басым бағыттарының бірі табиғи шикізат пен техногендік қалдықтар негізінде көпмақсатты мақсаттағы жаңа материалдар өндірісін ұлғайту болып табылады.
Болаттың сапасын едәуір жақсартуды кремний, марганец және алюминийден тұратын кешенді лигатураларды қолдану арқылы қамтамасыз етуге болатындығы белгілі, олар оттексіздендіру сатысында оттегі мен металл емес қоспалардан тереңірек тазартуға ықпал етеді [1-5].
Лигатураны оларды құраушы таза металдарынанан немесе кендерден, концентраттардан және ферроқорытпа өндірісіне тікелей қолданылмайтын материалдарды балқыту алу арқылы алады. Қара металлургияда лигатура ферроқорытпалардан тек легірлеу үшін ғана емес, сонымен қатар болатты оттексіздендіру және арнайы қорытпалар алу үшін қолданылатындығымен ерекшеленеді. Әдеби дереккөздерге сүйене отырып, біздің пайымдауымызша, бұл дұрыс тұжырым емес, өйткені лигатураның жалпы атауы қорытпаға әсер ету әдісіне (легірлеу, модификациялау, оттексіздендіру, күкіртсіздендіру және т.б.) қолданылмайды. Терминологиялық сөздікте, лигатура латынша - байланыс дегенді білдіреді. Қазіргі уақытта техникалық әдебиеттерде модификациялау және легірлеу үшін лигатура тіркесі қолданылады. Жоғарыда айтылғандардың негізінде ферроқорытпаларды лигатураларға жатады деп айтуға болады [6, 7].
Болатты және арнайы болатты оттексіздендіру және легірлеуге арналған арнайы қорытпалар өндірісінде кешенді лигатураларды (бұдан әрі мәтінде - КЛ) пайдалану керек екендігі белгілі [1]. Бұрын КЛ балқыту агрегаттарында немесе кен термиялық пештен құю кезінде шөміштерде бірнеше ферроқорытпаларды балқыту әдісімен алынған. Алайда, бұл әдіс үнемсіз, өйткені бірнеше ферроқорытпаларды қайта балқытқан кезде қосымша электр энергиясы мен материалдық шығындарға әкеледі, және қоршаған ортаға кері әсерін тигізеді [8].
Г.В. Медведев пен Т.Д. Такеновтің авторлық еңбектерінде стандартты емес шикізат материалдар: төмен сұрыпты марганец кені, жоғары күлді көмір немесе көмір жыныстарынан КЛ балқыту мүмкіндігі көрсетілген [1]. Құрамында марганец бар кендерді және энергетикалық мақсаттарда пайдаланылмайтын жоғары күлді көмірді металлургиялық қайта өңдеуге тарту өндірістік кәсіпорындар мен ғылыми-зерттеу орталықтарының бірінші кезектегі міндеттерінің бірі болып табылады.
Fe-Si-Mn-Al КЛ-дың стандартты ферроқорытпаларға қарағанда бірқатар артықшылықтары бар, олар болатты оттексіздендіру процесін жақсартады (болатта тез ериді), сайып келгенде, болаттың пайдалану қасиеттерін арттырады, ал өңделген металл құрамында металл емес қоспалар ең аз мөлшерде болады. КЛ өндірісі шикізат материалдарының жаңа түрлерін қолдануға, техногенді кондициялық емес шикізат материалдарын қайта өңдеуге, олардың барлық компоненттерін барынша пайдалануға және ферроқорытпаларды алудың аз және қалдықсыз технологияларын әзірлеуге мүмкіндік береді [9, 10].
Жұмыстың өзектілігі. Жұмыстың өзектілігі жоғары сапалы металдар мен металл бұйымдарын өндірудің ұлғаюымен, сондай-ақ Қазақстан Республикасының тікелей ферроқорытпа өндірісіне қолдануға жарамсыз құрамында марганец бар кендерді және энергетикалық емес жоғары күлді көмірді металлургиялық қайта өңдеуге тарту болып саналады.
Жоғары сапалы металдар мен металл бұйымдарын өндірудің көлемінің ұлғаюымен қатар сапа да жыл сайын артып келеді, оның аясында өндірушілер бәсекеде сапаны жоғалтпай, энергия ресурстары мен қолданылатын материалдарды үнемдеу арқылы металл өнімдерінің құнын төмендетуге тырысуда. Болаттың сапасын жақсартуды құрамында кремний, марганец және алюминий бар КЛ-ды қолдану арқылы қамтамасыз етуге болады, олар оттексіздендіру сатысында болатты оттегі мен металл емес қоспалардан терең тазартуға ықпал етеді.
Жұмыс мақсаты. ҚР-дың құрамында марганец бар шихта материалдарынан және жоғары күлді көмірлерінен Fe-Si-Mn-Al құрайтын кешенді лигатуралар алу технологиясын әзірлеу болып табылады. Бастапқы шихта материалдары мен алынған өнімдердің физикалық-химиялық сипаттамаларын зерттеу. Кешенді лигатураны балқыту процесінің ұтымды технологиялық параметрлерін анықтау.
Жұмыстың жаңалығы: Теориялық және эксперименттік зерттеулер нәтижесінде тыныш және жартылай тыныш болат өндірісінде оттексіздендіргіш ретінде қолдануға бағытталған тікелей ферроқорытпа өндірісіне қолдануға жарамсыз марганец кені және энергетикалық тұрғыдан жарамсыз болып табылатын жоғары күлді көмірден өздігінен шашырауға ұшырамайтын КЛ-ды алу технологиясы әзірленді.
Практикалық маңызы. Теориялық зерттеулер арқылы болат өндірісіне қажетті кешенді марганецқұрамдас лигатура құрамы анықталды және физико-химиялық жағдайы зерттелді.
Магистрлік диссертацияның көлемі және иллюстрациялық материалдар саны туралы ақпарат. Диссертация 67 машинада басылған мәтіннің бетінде ұсынылған, кіріспеден, 3 тараудан, қорытындыдан, 25 суреттерден, 31 кестелерден, 110 атаулардың библиографиясынан тұрады.
1 КРЕМНИЙ, МАРГАНЕЦ ПЕН АЛЮМИНИЙ ҚҰРАМДАС ҚОРЫТПАЛАРДЫ БАЛҚЫТУ ТЕХНОЛОГИЯСЫНЫҢ ЖАЙ-КҮЙІ, КЕШЕНДІ ЛИГАТУРАНЫ БАЛҚЫТУҒА ҚАЖЕТТІ ШИКІЗАТ БАЗАСЫНА САРАПТАМАЛЫҚ ШОЛУ
Қара металлургияның дамуының басымдық бағыты жоғары сапалы металдар мен металл бұйымдарды өндіру көлемін ұлғайту болып табылады. Металлургия өнеркәсібі - Қазақстан экономикасының жетекші салаларының бірі. Ал металлургиялық өнеркәсіптің негізгі өнімдерінің бірі - болат. Қазақстанда болатты өндірудің негізгі өндірушісі болып қара металлургия алпауыты АрселорМиттал Теміртау АҚ саналады. Қазақстан Республикасының соңғы бес жылдағы (2017-2021 ж.ж.) болат өндірісінің көлемі, болат өнімдерінің экспорты мен әлемде алатын орны [11], 1.1-суреттегі графикте көрсетілген. Жалпы алғанда Қазақстан Республикасының әлемдік болат өндірістегі үлесі 0,21-0,26% шамасында.
Сурет 1.1 - Қазақстан Республикасының болат өндірісінің
2017-2021 жылдардағы потенциалы
Әлемдік болат өндірісіне деген сапа стандарттары жыл сайын артып келеді, оның аясында өндірушілер бәсекеде сапаны жоғалтпай, энергия ресурстары мен қолданылатын материалдарды үнемдеу арқылы металл өнімдерінің құнын төмендетуге тырысады. Болаттың сапасын жақсартуды, оттексіздендіру сатысында болатты оттегі мен металл емес қоспалардан терең тазартуға ықпал ететін, құрамында кремний, марганец және алюминийден тұратын кешенді қорытпаларды немесе лигатураларды қолдану арқылы қамтамасыз етуге болады. Қазақстанның ферроқорытпа саласын дамыту бағыттарының бірі ферроқорытпа өндірісіне тікелей қолданылмайтын материалдар: құрамында темір мен кремнийдің мөлшері жоғары марганец кендері мен жоғары күлді көмірді металлургиялық қайта өңдеуге тарта отырып, Fe-Si-Al-Mn негізінде КЛ балқыту болып табылады.
Ферроқорытпалар мен КЛ болат пен арнайы қорытпалардың өндірісінде оттексіздендіру үшін, металл емес қоспаларды жою үшін және болатты легірлеу мен құрамын түзету үшін қолданылады. Тарихи деректерге сүйенсек, КЛ бірнеше ферроқорытпаларды балқыту жолымен дайындалды. Алайда, бұл әдіс үнемсіз, себебі дайын ферроқорытпаны қайта қыздырып, балқыту және өңдеу керек. Бұл энергия мен материалдардың айтарлықтай шығынына әкеледі және қоршаған ортаны ластауы мүмкін. Сондықтан КЛ стандартты ферроқорытпаларды алу технологиясы негізінде, тікелей табиғи және техногенді шикізаттан тотықсыздандырып алып балқытуға болатындығы болжанды [3].
Соңғы фактор бірнеше элементтерді бірлесіп тотықсыздандыру, олардың белсенділігінің едәуір төмендеуіне (элементтерді ең жақсы бөліп алу) және балқу температурасына (эвтектиканың түзілу және т.б.) негізделген. Қорытпаларды тікелей өндіруде болатқа элементтердің тиімді тотығуын және жеткізілуін қамтамасыз ететін, жекелей FeSi, FeMn және Al қолдану кезінде мүмкін емес, құрамында кремний, марганец және алюминий бар, КЛ технологиясын құру кезінде бұл қасиетті едәуір жақсартуға болады [7, 8].
Г.В. Медведев пен Т.Д. Такеновтің авторлық еңбектерінде [1] ферроқорытпа өндірісінде тікелей қолданылмайтын шикізат материалдарынан: құрамында марганеці бар төмен сұрыпты марганец кенінен, жоғары күлді көмірден және көмірлі жыныстардан тұратын КЛ балқыту мүмкіндіктері көрсетілген. Бір балқыту агрегатында бірнеше қиын және жеңіл тотықсызданатын элементтерді бірге тотықсыздандыру арқылы КЛ-ды қожсыз үрдіспен алудың өзіндік артықшылығы байқалды.
1.1 Қазақстан Республикасында құрамында кремний, марганец, алюминий бар кешенді лигатураларды балқыту мәселесінің жай-күйі
Болат балқыту өндірісінде негізінен кремний мен марганец ферроқорытпа түрінде және алюминий техникалық таза түрінде тұтынылады. Әлемде 1 млрд. тонна болатты өндіру кезінде металлургия саласындағы кремний мен алюминийдің шығыны таза металға қайта есептегенде, сәйкесінше 5 млн.т және 1,5 млн. т шығынды құрайды. Кремний мен алюминийдің көрсетілген мөлшерін алу үшін табиғи шикізаттың таза түрлерінің (каолинит, кварц, боксит және кокс) едәуір көлемі, сондай-ақ 110 млрд.кВт·сағаттан астам электр энергиясы жұмсалады [12].
Ферроқорытпа саласы болат балқыту өндірісімен қатар дамып келеді және бұл бағыт жалғасын табады, өйткені ферроқорытпалар мен лигатуралардың негізгі тұтынушысы болат пен арнайы қорытпалар өндірісі және машина жасау саласы болып табылады. Тот баспайтын болатты қолданудың тез өсуі хром (FeCr) және никель (FeNi) ферроқорытпа өндірісінің өсуіне әкелді, орташа жылдық өсу қарқыны жылына кемінде 5% құрайды. Бұл тот баспайтын болаттың шектеулі болуына байланысты, яғни бастапқы легірлеуші материалдарға, әсіресе Cr, Ni және Mo-ға сұраныс болады. Басқа ауқымды өндіріске ие FeMn, FeSi және SiMn ферроқорытпаларына келетін болсақ, сұраныс төмен легірленген көміртекті болатпен көбірек байланысты. Өсім жылына орта есеппен 2% болады деп күтілуде. Мұндай өсу қарқыны 2% болған кезде әлемде жыл сайынғы болат өндірісі 2040 жылға қарай 2 500 млн. тоннадан асады деп күтілуде, бұл ферроқорытпа өнеркәсібінің түрлі секторларында айтарлықтай өсуді білдіреді.
Қазіргі уақытта өнеркәсіпте болатты оттексіздендіру үшін ферроқорытпалардың дәстүрлі маркалары: ферросилиций ФС45, ФС65, ФС75; ферромарганец ФМн70, ФМн78 мен жоғары сапалы шикізаттан алынған техникалық таза алюминий қолданылады.
Болашақта ферроқорытпалар мен лигатуралардың маркалары мен сапасына қойылатын талаптар қандай болады? Ферроқорытпалардың негізгі құрамы бастапқы шикізатқа, өндіріс технологиясына, тапсырыс берушілердің тілектері мен талаптарына байланысты. Алынған ферроқорытпалардың бағасы алынатын болаттың құрамына тікелей әсер етеді. Болат өндірушілер өзіндік құны төмен сапалы өнім шығаруы керек. Бұл әсіресе жоғары тоннажды тыныш және жартылай тыныш болат маркаларын өндіруде көрінеді. Болаттың тыныш және жартылай тыныш маркаларын өндіру FeSi, FeMn, SiMn ферроқорытпаларынсыз, сондай-ақ металл емес қоспалардан болатты оттексіздендіру және өңдеу үшін қолданылатын техникалық таза алюминийсіз мүмкін емес. Ферроқорытпалардың жоғарыда аталған түрлерін: ферросилиций ФС45, ФС65, ФС75; ферромарганец ФМн70, ФМн78 және техникалық таза алюминий өндіру үшін жоғары сапалы табиғи шихта материалдары мен көп мөлшерде энергия шығындары талап етіледі.
Бүгінгі таңда ХМИ ғалымдары ферроқорытпа өндірісіне тікелей қолдануға жарамсыз марганец кені мен жоғары күлді көмірді металлургиялық өндіріске тарта отырып, КЛ алу технологиясын белсенді түрде дамытып, жетілдіруде. Бұл марганец кені мен жоғары күлді көмірден құрамында Si, Mn және Al тұратын КЛ (АМС) алудың принципті мүмкіндігін зерделеген ғалым-зерттеушілер еңбектерінің жалғасы болып табылады. Өкінішке орай, қорытпаны алу технологиясын жолға қою мен өндірістік ағынға ферросиликоалюминий (ФСА) ретінде қою мүмкін оңай емес, себебі, пайдаланылатын шикізат материалдары: марганец кені мен жоғары күлді көмірдің химиялық және минералогиялық құрамының әртектілігі; алынатын қорытпаның өздігінен шашырау себебінің нақты анықталмауы және де осы құбылысты неғұрлым егжей-тегжейлі зерттелуді талап етеді. Сонымен қатар, болат балқыту мен машинажасау саласында Fe-Si-Mn-Al КЛ химиялық құрамына қойылатын стандарттар мен техникалық шарттар әлі әзірленбеген.
Кеңес Одағының қалыптасу кезеңінде де жоғары сапалы болат бойынша Бірінші Бүкілодақтық конференцияда (1933 ж.) кешенді оттексіздендіргіштерді қолданудың орындылығы анықталды. Алайда, кешенді қорытпалар КСРО-да да, шетелдік капиталистік елдерде де ауқымды өндіріске ие болмады. Бірақ зерттеу нәтижелері болатты оттексіздендіру үшін күрделі қорытпаларды, соның ішінде АМС қолданудың өте тиімді екенін көрсетті [23-28].
АМС кешенді қорытпаларымен оттексіздендіру дәстүрлі оттексіздендіргіштермен ферромарганец, ферросилиций және алюминиймен салыстырғанда құрамында металл емес қосындылары аз болат алуға мүмкіндік береді. АМС кешенді қорытпасының оңтайлы құрамы, %: 10 Mn, 10 Si, 10 A1 және 20 Mn, 20 Si, 10A1 деп көрсетілген [14].
А.М. Самарин сұйық болатта кремний мен алюминий элементтері бір уақытта болған кезде оттексіздендіру қабілетін анықтаудың басымдылығын және АМС кешенді қорытпасы түріндегі оттексіздендіргіштерді қолданудың орындылығын атап өтті [16]. Зерттеуші ғалымдар Ф.П. Еднерал, А.М. Самарин және т.б. АМС кешенді қорытпасы оттексіздендіргіш ретінде оң сипаттамаларға ие екенін анықтады [15, 17]. Мысалы, Mn:Si:Al - 4:1:0,4 қатынастағы АМС кешенді қорытпасы болаттың диффузиялық оттексіздендірілуін оттексіздендіру кезеңінің басында тұндырумен алмастыру үшін оттексіздендіруді жылдамдатуға және металл емес қоспаларды жоюға, сондай-ақ күкіртсіздендіру кезеңінің ұзақтығын қысқартуға мүмкіндік береді. Бұл жұмыстың тұжырымы болаттағы оттекті қоспалардың құрамы оттексіздендіру процесінде АМС кешенді қорытпасындағы Mn:Si қатынасы артқан сайын азаяды. Mn:Si:Al - 6:1:0,25 қатынастағы АМС кешенді қорытпасымен оттексіздендірілген болаттың құрамында Mn:Si:Al - 1:1:0,25 қатынастағы қорытпамен оттексіздендірілген болатқа қарағанда үш есе аз тотықтар бар екендігі анықталды, яғни кешенді қорытпадағы марганецтің мөлшері және марганецтің кремнийге мен алюминийге қатынасы елеулі мәнге ие екендігін көрсетеді. С.Н. Голубев және т.б. зерттеушілердің еңбектерінде алғаш рет қандай шикізат материалдарынан кешенді оттексіздендіргішті алу қажеттілігі, әртүрлі әдістермен және шикізат материалдармен алынған нәтижелері төмендегідей [19]: 1) Тоқ өткізгіш түбі бар бір фазалы тотықсыздандыратын шахталық электр пешінде балқыту. Шикізат материалдары: марганец кені, боксит, кварцит, темір жоңқалары және ағаш көмір; 2) Алюмотермиялық әдіспен пештен тыс балқыту ваннасында балқыту. Шикізат материалдары: марганец кені, кварцит, күйінді, калий және алюминий нитраты; 3) Бірге балқыту. Шикіқұрам материалдары: көміртекті ферромарганец, 45% ферросилиций, техникалық таза алюминий және болат жоңқалар. 1.1-кестеде қолданылған АМС КЛ - дың химиялық құрамы келтірілген.
Кесте 1.1. - АМС кешенді қорытпасының химиялық құрамы, %
Әдіс
Mn
Si
Al
C
P
S
1
25,2-26,7
12,6-13,2
5,3-5,7
3,6
0,4
0,01
2
22,24
15,45
5,40
0,28
0,019
0,21
3
23-27
12-19
5,6-5,8
1,8
0,25
0,15
Болатты оттексіздендіру кезінде дайын болаттағы оттегі мен металл емес қоспалардың мөлшері АМС кешенді қорытпасын өндіру әдісіне байланысты емес екендігі анықталды, ал АМС кешенді қорытпасын пайдалану кезінде болаттың тазалығы тек бір оттексіздендіргішпен салыстырғанда артатындығы анықталды. Ғалымдар қорытпаның құрамының өзгеруі металл емес қоспалармен ластануға әсер етпейтінін атап өтті.
Электр доғалы және мартен пештерінде болатты балқыту кезінде АМС КЛ қолдану Ф.П. Еднерал, З.М. Калинина, А.И. Комиссаров, Н.В. Кейс еңбектерінде зерттелген [20-23]. Болатты электр доғалы балқыту кезінде АМС КЛ оттексіздендіру кезеңінің басында металға енгізілді, ал Челябинск металлургия зауыты жағдайында болат мартен пешінің шөмішінде алдын-ала оттексіздендірдірілді. Қолданылған АМС КЛ құрамы: 60-78% Mn, 11-17% Si 4-7% Al шегінде болды.
Кремнийдің 10% және алюминийдің 5% тұрақты құрамы кезінде марганецтің құрамын 10%-дан 60%-ға дейін өзгерте отырып, болатты АМС КЛ-мен оттексіздендіру жүргізілді [24]. Нәтижесі көрсеткендей, КЛ болаттың оттегі мен металл емес қоспалардан тазалығын едәуір арттыратынын көрсетті. Кешенді болаттағы марганецтің мөлшерінің жоғарылауы жоғарыда аталған сипаттамаларға оң әсер етеді.
И.П. Казачков, Д.Я. Поволоцкий және т.б. ғалымдар АМС КЛ-ды шөміште оттексіздендіру үшін және болатты алдын-ала оттексіздендіру үшін қолданды, оның нәтижелері болаттың ұсақ бөлшектелген металл емес қоспалардың басым болуымен алынғанын және металл емес қоспамен байланысты дайын металл өнімдерінің ақаулығы салыстырмалы түрде азайғанын көрсетеді [25, 26].
Болаттың тыныш және жартылай тыныш маркаларынан басқа, АМС КЛ 12ХНВА және 18ХНВА хромды болаттарын оттексіздендіру үшін де қолданылды. Оң нәтиже доғалы пеште оттексіздендіру кезеңінің ортасында 18ХНВ болатын оттексіздендіру болды [7].
Шет елдердің (АҚШ, Жапония, Англия, Франция, Италия және т.б.) тәжірибесінде КЛ-ды, соның ішінде Si, Mn және Al қорытпаларын алу және қолдану тәжірибесі бар. Дайын өнімнің сапасын жақсарту және қара металлургияда техникалық таза алюминийді тұтынудың азайғаны сипатталады [27, 28].
Жапонияда құрамында: 18-22% Si, 18-22% Mn және 18-22% Al бар қорытпа бірге балқыту әдісімен алынған. Бұл әдістің елеулі кемшілігі жоғарыда айтылғандай, балқытып алудың қымбаттығында. Алынған КЛ тек ерекше жағдайларда ғана қолданылады және жаппай өндірілген болаттарды оттексіздендіруде қолдануға экономикалық жағынан тиімсіз. АҚШ пен Италияда марганец мөлшері жоғары кендердің жетіспеушілігін ескере отырып, оттексіздендіру технологиясын жеңілдету және болаттың сапасын жақсарту мақсатында марганецтің кремнийге қатынасы 2-2,5 болатын қорытпаның өндірісі ұйымдастырылды. Құрамында марганец пен кремний бар және оттексіздендіруде қолданылатын қорытпалардағы MnSi қатынасы ерекше мәнге ие. Ферросилицийді қолданбайтын нәтижеге қол жеткізуге болады, бірақ болаттың мұндай сорттары аз.
Ферроқорытпа саласында шикізатты кешенді қайта өңдеу тиімділігін арттыруға дайындалған шикіқұрамды (кен мен тотықсыздандырғышты бірге брикеттеу) қолдану ықпал етеді. Қождағы элементтердің белсенділігін арттыратын қождамалардың жаңа түрлерін пайдалану арқылы, мысалы, құрамында сілтісі бар қождамалар; үйінді қождарды қосымша тотықсыздандыру, шикізат материалдарын дайындау, тасымалдау, құймаларды құю және бөлу кезінде пайдалы компоненттердің механикалық шығындарын азайту және т.б.
КСРО-да кесектелген материалдар іс жүзінде қолданылмады. Сонымен қатар, шетелде (АҚШ, Жапония, Оңтүстік Африка) хром қорытпаларын, ферросилицийді алу үшін брикеттелген шихта қолданылды [28-29]. Кеңес зерттеушілері (А.П. Ем, С.И. Хитрик, А.Т. Хвичия және т.б.) жүргізген эксперименттер ферросилиций, марганец және басқа ферроқорытпаларды өндіруде брикеттелген шикіқұрамды қолданудың тиімділігін көрсетті [30-33].
Осылайша, барлық дерлік AMС КЛ-мен оттексіздендіру зерттеулері, қорытпаның жеке дәстүрлі оттексіздендіргіштермен салыстырғанда сөзсіз артықшылықтары бар екенін көрсетті. АМС КЛ-дың оңтайлы құрамына қатысты зерттеушілердің пікірлері бірдей емес және бір-біріне қайшы келеді. Марганецтің мөлшері сәйкесінше 10%-дан 78%-ға дейін, кремний 10-20%, алюминий 4-10% аралығын құрайды. Бірақ АМС КЛ-мен болатты оттексіздендіру бойынша жоғарыда аталған зерттеулердің нәтижелері көрсеткендей, дайын өнімді оттектен және металл емес қоспалардан тазарту үрдісін жылдамдататындығы анықталды.
АМС КЛ-ды кешенді оттексіздендіргіш түрінде қолдану бойынша аналитикалық шолудың нәтижелері көрсеткендей, болаттың құрамында металл емес қоспалардың мөлшерінің төмендеуіне әкелетдігін көрсетеді. Болатты кешенді оттексіздендіру идеясы болатты оттексіздендіру өнімдері сұйық түрінде алынады, өйткені әртүрлі оттексіздендіргіштердің екі-үш тотығы оңай балқитын фазаны құрайды, ал металл емес қоспалар оттексіздендіру өнімдері ретінде оңай үлкейіп, сұйық металдан бөлініп шығады. Мұндай технология дәстүрлі оттексіздендіргіштердің бірін толығымен немесе ішінара алмастыра отырып, КЛ-ды пайдалану арқылы жүзеге асырылады.
Болатты АМС КЛ-мен оттексіздендіру келесі мәселелерді шешуге мүмкіндік береді: - металл емес қоспаларды азайту есебінен болаттың сапалық көрсеткішін жоғарылату; - кешенді оттексіздендіргіштің бір компонентінің пайдалану тиімділігін басқа компоненттермен қорғау арқылы арттыруға мүмкіндік береді; - металл емес қоспаларды металдан шығаруды жеңілдету мақсатында олардың құрамы мен морфологиясын жақсарту; - дайын өнімнің қасиеттеріне металл емес қосындылардың зиянды әсерін азайту.
АМС КЛ-ды алу туралы, сондай-ақ КЛ-ды қолдану нәтижелері туралы мәліметтер Химия-металлургия институтының ғалымдары Г.В. Медведев пен Т.Д. Такеновтің Сплав АМС ғылыми еңбегінде толығырақ келтіріледі, онда алюминосиликомарганец КЛ-ды алу процесін зертханалық, эксперименттік және технологиялық зерттеу нәтижелері берілген. АМС КЛ-ды алу кезінде қолданылатын шикізат материалдары марганец кені мен жоғары күлді көмірдің барлық жетекші элементтерін пайдалану бойынша теориялық негіз қаланды. Химия-металлургия институты Ермаков (Ақсу), Ақтөбе және Зестафон (Грузия) ферроқорытпа зауытымен бірлесіп әзірлеген АМС КЛ балқыту бойынша техникалық-экономикалық және технологиялық көрсеткіштері келтірілген. Нәтижесінде құрамында Si, Mn және Al бар АМС КЛ жоғары күлді көмір мен марганец кенін қожсыз көміртекті (карботермиялық) процеспен бірге тотықсыздандыру жолымен алынды [1]. Сонымен қатар М.И. Друинский мен В.И. Жучковтың Қазақстанның минералды шикізатынан кешенді ферроқорытпаларды алу ғылыми еңбегінде тек қана АМС КЛ ғана емес, осы типтегі қорытпалар (ФСА, ФАСК, АХС және т.б.) туралы да толық ақпараттар мен ғылыми-зерттеу жұмыстарының нәтижелері келтірілген [2].
Ғылыми еңбекте КЛ-ды алу процесінің физикалық-химиялық негіздері қарастырылаған, шикізат материалдарына қойылатын талаптар келтірілген және қорытпаны алу үшін кендерді өңдеу әдістері талданған. Кешенді ферроқорытпаларды алу технологиясы тек АМС ғана емес, сонымен қатар хром, барий, кальций негізіндегі және ФСА КЛ-дарды да сипаттайды. Болат өндірісінде қолдану үшін кешенді ферроқорытпаларды қолдану технологиясы ұсынылады [2].
АМС КЛ-ды балқыту технологиясын әзірлеудің негізі болат балқыту және машина жасау саласының металлургиялық алыптары пайда болған КСРО-ның шығыс өңірлерін жоғары сапалы марганец бар ферроқорытпалармен қамтамасыз ету үшін Орталық Қазақстанның марганец кен орындарын тарту жөніндегі идея болды. Марганец ферроқорытпаларын өндіруді тұтынушыларға жақындату міндеті тұрды. Кендердің сапасын бағалау және құрамында марганец бар шикізат негізінде марганец ферроқорытпаларын өндіруді ұйымдастыру тек Қазақстанда ғана емес, Сібір мен Оралда да марганец өндірістерін өндіруге қойылатын талаптарға сәйкес келмеді. Кендегі марганецтің төмен мөлшері, көп сатылы байыту және қайта өндеу сұлбасы өндірілген ферроқорытпалардан өнімнің өзіндік құны 1,5-2 есе асатын болатындығын анықтады.
Құрамында марганец бар кендерді КЛ-ға қайта өңдеу схемасы барлық қолданыстағы технологиялық қайта өңдеу сұлбаларының перспективтісінің бірі болды. АМС КЛ-ды балқыту үшін құрамында марганец бар Қазақстанның кендерінен басқа, Никополь (Украина) және Чиатур (Грузия) кен орындарының төмен сұрыпты концентраттары да пайдаланылып сыналды. Марганец кендерін өңдеудің маңыздылығы бүкілодақтық ауқымға ие болды [34-36].
АМС КЛ-ды балқыту кен мен көмірдің барлық негізгі тотықтарын кешенді пайдаланумен, қорытпаға негізгі барлық элементтерін бөлініп өтуінің (74,5-90,0% Mn, 75,2-88,0% Si, 69,1-80,4% Al) жоғарғы коэффициентімен және де бөліп алу коэффициентімен сипатталады, дайын өнімге кететін кен шығынының төмендігімен сипатталады [21, 22]. Сонымен қатар, қожсыз балқыту (еселігі 0,1) шикізат материалдарының барлық тотықтарын толық тотықсыздандырып фосфорсыздандыру әдісі де болып саналады, яғни фосфорды балқытудың газ тәрізді өнімдеріне өткізуге себебін тигізеді.
ҚазКСР ҒА-ның XX ғасырдың 60-80 жылдары жүргізілген зерттеулердің нәтижелері бойынша марганец кені мен жоғары күлді көмірден АМС КЛ-ды қожсыз үрдіспен алу кезінде мынадай артықшылықтарға ие екендігі анықталды: - қолданыстағы технологиялар бойынша марганец ферроқорытпаларын балқыту жөніндегі шихталық материалдарға (ферромарганец, силикомарганец) қойылатын талаптарға сәйкес келмейтін марганец кендерін АМС КЛ-ды балқыту кезінде қолдануға болады; - тотықсыздандырғыш ретінде энергетика және өнеркәсіп салаларында пайдаланылмайтын жоғары күлді көмір қолданылады; - марганец кені мен жоғары күлді көмірді кешенді тотықсыздандыру кезінде барлық тотықтар қорытпа көзі ретінде қызмет етеді, яғни бос кен жынысы мен көмір күлі құрамындағы кремний мен алюминий де КЛ түзілуіне қатысады; - АМС КЛ-ды балқыту кезіндегі фосфорсыздану процесі силикомарганецті сол кеннен немесе концентраттан балқытуға қарағанда жоғары; - марганецтің игерілуі стандартты марганец бар ферроқорытпаларды балқыту кезінде 50%-дан АМС КЛ-ды балқыту кезінде 90%-ға дейін артады; - басты тиімді жағы АМС КЛ-ды қожсыз балқыту үшін шикізат сапасына қойылатын талаптардың төмендеуі. Өйткені марганец кені құрамындағы марганецтен басқа, кремний мен алюминий де кешенді оттексіздендіргіш құрамында бағалы болып саналады; - әзірленген технология бойынша АМС КЛ-ды алу үшін шикізат материалдарын өңдеу кезінде байыту, агломерациялау, кокстеу, ұнтақтау және т.б. сияқты қоршаған ортаға зиянын тигізетін процестерге сұраныс азаяды.
Технологиялық тұрғыдан ең тиімсіз жағы болып АМС КЛ-дың балқыту кезінде құймақалыптарға құйылғаннан кейін салқындау кезінде үгітілуі, өздігінен шашырауы болып табылады. Қорытпа алдымен жарылып, содан кейін ұнтақ түрінде ыдырайды. Шашыраудың негізгі себептері ретінде қорытпаның қайта кристалдануы кезіндегі көлемді өзгерістер деп саналады [1, 2]. Зерттеушілер А.М. Якушев, В.А. Кудрин, Н.В. Толстогузов, Х.Г. Пурцеладзе және т.б. қорытпаның үгітілуіне бейімділік фосфордың (max. 0,048%) және алюминийдің бір мезгілде болуы болып табылады деп есептейді [46, 47-49]. Сондай-ақ, үгітілуге белгілі бір химиялық құрамы бойынша ферромарганец, ферросилиций, ферросиликоалюминий сияқты бірқатар ферроқорытпалардың қасиеті бар екенін атап өткен жөн [26, 50, 51]. Бұл ферроқорытпаларда үгітілудің себебі әртүрлі, мысалы, ферромарганецте - марганец карбидінің тұрақсыздығы немесе алюминийдің болуы, ал ферросилицийде - қорытпаны құрайтын фазалардың көлемді өзгеруі.
Жоғарыда көрсетілген теріс көрсеткіштер зерттеушілердің Ақтөбе және Зестафон ферроқорытпа зауыттарының пештерінде ауқымды ғылыми-зерттеу жұмыстарын жүргізгеніне қарамастан АМС КЛ алуды одан әрі терең зерттеуді талап етуде [1, 2].
Қазақстан Республикасы Тәуелсіздік алғаннан кейін болат балқыту өндірісін қайта жарақтандыруға байланысты болатты оттексіздендіру үшін жергілікті шикізатты пайдалану, құрамында кремний, марганец және алюминий бар жаңа КЛ-дың өзектілігі анағұрлым перспективті болды. Осыған байланысты Химия-металлургия институтында ғылыми негіздерді дамыту және құрамында кремний, марганец және алюминий ғана емес, барий және хром бар КЛ-ды балқытуды жетілдіру бойынша жұмыстар жалғастырылды. Нәтижесінде құрамында жоғары күлді көмір мен көмірлі жыныстардан алынған Si және Al бар қорытпаның өндірісі өнеркәсіптік ауқымда жеткізілді.
Бұл жоғары күлді көмірді құрамында көміртегі бар материалдар ретінде пайдалану, сондай-ақ көмірдің күлінен Si және Al қорытпаға өткізу мүмкіндігі кешенді қорытпаларды қолдану кезінде жоғары күлді көмірді шикізат материалы ретінде пайдалану мүмкіндігін дәлелдейді. Құрамында Si, Mn және Al бар қорытпаны балқыту бойынша тың нәтижелер әлемдік WoS пен Scopus базасына кіретін және Республикалық ғылыми басылымдарда, ғылыми зерттеулерде келтіріледі [42-48, 49].
Fe-Si-Al-Mn КЛ-ды алудың оңтайлы технологиясын анықтау үшін қуаты 0,2 мВА кен термиялық пеште сынақтар сериясы және АиК ЖШС-нің ферросиликоалюминий өндіру зауытында балқыту проценіне апробациялау жүргізілді. Нәтижесінде 62% MnO2 марганец кенін және 52% жоғары күлді көмір жынысы пайдалану кезінде 10-15% Mn, 55-58% Si, 15-20% Al, 15-20% Fe бар қорытпа алынды. Жетекші элементтердің игерілуі: Si - 88%, Mn - 90% Al - 80% құрады.
ХМИ базасында 2000 жылдан бастап Орталық Қазақстанның әртүрлі жоғары күлді көмірі мен жоғары кремнийлі марганец кендерін пайдалана отырып, құрамында Mn, Si және Al бар қорытпаны балқыту бойынша ҒЗЖ қайта жалғасын тапты. Онда алдын ала өңдеусіз марганец ферроқорытпаларының стандартты маркаларын өндіру үшін жарамсыз төмен сұрыпты жоғары кремнеземді марганец кендері алюмосиликомарганец қорытпасын балқытып алудың оң ерекшеліктері анықталып, ҚР патентімен расталды [47].
Жомарт кен орындарының жоғары кремнийлі марганец кендерін және Борлы мен Сарыадыр кен орындарының жоғары күлді көмірлерін пайдаланған кезде 10-15% Mn, 55-58% Si, 15-20% Al құрайтын алюмосиликомарганец КЛ алынды. Алюмосиликомарганец қорытпасын өндіру кезінде негізгі элементтердің шикізат материалдарынан қорытпаға өтуі Si - 87%, Mn - 92% және Al - 85% құрап, жоғары көрсеткіштерге жеткендігін атап өту керек [47, 48].
Қазақстаннан басқа посткеңестік республикаларда тау-кен металлургия өнеркәсібінің техногенді және екіншілік қайталама ресурстарынан (құрамында марганец бар шаң, қож, қождардың дымқыл сепарациялау шламдары, электролиттік марганецтің қостотығын өндіру шламдары, болат прокат цехтарының күйінділері, екіншілік алюминий өндірісінің құрамында алюминий бар қожы, Ткибул кен орнының жоғары күлді көмірін байыту қалдықтары және т.б.) тұратын кешенді кремний, марганец және алюминий қорытпаларын әзірлеумен және зерттеумен Фердинанда Тавадзе атындағы Металлургия және материалтану институты айналысады (Грузия) [48].
Эксперименттік балқымалардың нәтижелері Грузияның тау-кен металлургия өнеркәсібінің жоғарыда аталған техногендік және құрамында металл бар екіншілік қайталама ресурстарын электрокарботермиялық қайта өңдеу арқылы КЛ-ды балқыту технологиясының талаптарын қанағаттандыратынын көрсетеді. КЛ-дың алынған сынамалары: 26-32% Si; 17-25% Al; 28-50% Mn, 6-14% Fe; 0,6-1,3% C және 0,02-0,09% P құрайды.
Грузияның техногенді және екіншілік қайталама тау-кен металлургиялық ресурстарынан алюмосиликомарганец балқытуын зерттеу және талдау тау-кен металлургия өнеркәсібінің қалдықтары алюмосиликомарганец қорытпасын балқыту үшін пайдаланылуы мүмкін екенін көрсетті. Сондай-ақ құрамында кремний, марганец және алюминий бар КЛ-ды қолданудың тағы бір бағыты тазартылған ферромарганецті балқыту кезінде тотықсыздандырғыш ретінде пайдалану болып табылады, мұнда КЛ дәстүрлі түрде қолданылатын силикомарганецті ферроқорытпасын шикізат материалдары құрамынан ауыстыра алады. Техникалық-экономикалық көрсеткіштері жоғары бағаланған [36, 49, 50].
Мақсатты патенттік іздеу МемСТ 15.011-2005 сай қорытпаны алу әдісі мен пайдаланылған шихта материалдары бойынша, сондай-ақ КЛ бойынша практикалық деректерді анықтау үшін жүргізілді. Іздеу алдын ала жұмыс көлемін бағалау және зерттелетін тақырып бойынша ғылыми-техникалық ақпарат алу үшін жүргізілді. Зерделеу Қазақстан, РФ (КСРО) патенттерінің базаларының интернет ресурстарын пайдаланылып, жүргізілді. Іздеу тереңдігі 40 жылды құрады.
Диссертациялық жұмыста теориялық негіздерді әзірлеу және КЛ-ды балқыту технологиясын дамыту ұсынылады, ол дәстүрлі қорытпаларға қарағанда бірқатар артықшылықтарға ие оттексіздендіргіштердің дәстүрлі түрлерінің бірін толығымен немесе ішінара алмастыра алады, әсіресе бұл металды металл емес қоспалардан тазарту және оттексіздендіру процесінің кинетикасында айқын көрінеді.
Диссертациялық жұмыста болатты оттексіздендіру кезінде металл емес қоспалардан тазарту процесінің кинетикасында айқын басымдыққа ие дәстүрлі оттексіздендіргіштердің (FeMn, FeSi, SiMn) бірін толығымен немесе ішінара алмастыра алатын Fe-Si-Mn-Al КЛ теориялық негіздерді әзірлеу және КЛ-ды балқыту технологиясын дамыту ұсынылады [51].
1.2 Қазақстан Республикасының көмір бассейндері мен кен орындары туралы жалпы мәлімет
Кез-келген елдің экономикасын дамытудың негізі отын мен энергияны қажет ететін өнеркәсіп болып табылады. Сондықтан көмір өнеркәсібі экономиканың барлық секторларын, әсіресе электр энергиясын дамытудың негізі болып табылады, өйткені көмірді пайдалану арқылы елдің электр энергиясының 74% өндіріледі. Бұл Қазақстанның ішкі нарығында тұтынылатын көмірдің 51%-ы (70%-дан астам). Өнеркәсіп ішкі нарықта тұтынылатын көмірдің тек ~5% тұтынады, ал қалған ~14 коммуналдық қажеттіліктер үшін қолданылады. Өндірілген көмірдің шамамен 30%, яғни 34,02 млн.тонна келесі елдерге: Ресей, Швейцария, Беларусь, Украина, Қырғызстан, Өзбекстан, Ұлыбритания, Түркияға экспортталады [52-54].
Бүгінгі таңда Қазақстан көмір қоры бойынша әлемнің он елінің қатарына кіреді. Дәлелденген көмір қоры 33,6 млрд.тонна, бұл жалпы әлемдік көлемнің ~ 4%-ын құрайды. Дәлелденген қорлардың жалпы көлемінде қоңыр көмір көлемінің үлес салмағы 62%-ды, ал қалған 38%-ын тас көмір құрайды. Көмір өндіру көлемі бойынша Қазақстан жыл сайын әлемдегі көшбасшылардың ондығына кіреді. World's Top Export халықаралық агенттігінің деректері бойынша Қазақстан көмір экспорттаушылардың Топ-15 ішінде 13 орынға ие.
Қазақстанда 300-ден астам көмір бассейндері (1.2-сурет), кен орындары мен көмір көріністері анықталды. Көмір қорының 90%-ға жуығы республиканың солтүстігінде және орталық бөлігінде, негізінен Қарағанды және Екібастұз көмір бассейндерінде шоғырланған. Тас көмір Қарағанды, Екібастұз, теңіз-Қоржынкөл бассейндерінде және Қаражыра, Күйікек, Борлы және т.б. кен орындарында, Торғай, Төменгі Іле, Майкөбен бассейндеріндегі және басқа да кен орындарында өндіріледі. Кокстелетін көмірді АрселорМиттал Теміртау АҚ көмір департаменті Қарағанды бассейнінде өндіреді және оның көп бөлігін (95%) комбинаттың өзі тұтынады [55].
Сурет 1.2 - Қазақстан Республикасының көмір кен
орындарының картасы
Сурет 1.3 - Қазақстан Республикасында көмір өндіру динамикасы,
ішкі және сыртқы нарыққа шығару
Тәуелсіздік жылдарында (1991-2021 жж.) көмір өндіру көлемінің өсуі мен құлдырауы байқалады (1.3-сурет). Елдің көмір өнеркәсібіне жүргізілген талдау көрсеткендей, көмірді ішкі нарыққа бөлу, яғни өндірістік-технологиялық және коммуналдық-тұрмыстық қажеттіліктер үшін 2001 жылдан бастап тұрақты өсіп келеді деп санауға болады. Бірақ та, коммуналдық-тұрмыстық қажеттіліктер үшін көмірді тұтыну жыл сайын Қазақстан Республикасын газдандырудың 2015 - 2030 жылдарға арналған бас схемасына сай төмендейтініндігін атап өту қажет [53-54].
Қазақстанда 49 жер қойнауын пайдаланушы жұмыс істейді, оның 18-ы өндірмен айналысады, 10-ы барлау жұмыстарын, қалғаны делдалдық жұмыстарды жүргізеді (1.2-кесте). Кокстелетін көмірдің және аса құнды маркалардың қорлары Қарағанды көмір бассейні шегінде шоғырланған. Екібастұз көмір бассейнінің шегінде республиканың энергетикалық көмір қорларының негізгі бөлігі орналасқан. Ақтөбе, Ақмола, Алматы, Шығыс Қазақстан, Жамбыл және Түркістан облыстарында жергілікті маңызы бар көмірдің едәуір қоры бар [53, 56]. Қарағанды көмір бассейні 4 көмір бассейнінен: Қарағанды, Шерубайнұра, Тентек пен Верхносокурский, сондай-ақ 7 көмір: Борлы, Шұбаркөл, Қушоқы, Жалын, Завьяловский, Қияқты мен Самар кен орнынан тұрады.
Шығыс Қазақстан облысының шегінде ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Металлургия және тау-кен ісі кафедрасы
МАГИСТРЛІК ДИССЕРТАЦИЯ
Mn-Si-Al құрамдас кешенді лигатура балқыту үрдісін модельдеу
Орындаушы:_________________________ ________________ Узбекбаев Е.М.
Ғылыми жетекші:___________________________ ________ Келаманов Б.С.
Қорғауға жіберілді
Кафедра меңгерушісі _____________________________ Жумагалиев Е.У.
____ _________________ 2023 ж.
Ақтөбе
2023
РЕЗЮМЕ
Мировые стандарты качества растут с каждым годом, в рамках которых производители стремятся снизить стоимость металлопродукции за счет экономии энергоресурсов и используемых материалов, не теряя при этом качества в конкуренции. В этой связи одним из приоритетных направлений развития черной металлургии является увеличение производства новых материалов многоцелевого назначения на основе природного сырья и техногенных отходов.
Известно, что значительное улучшение качества стали может быть обеспечено применением комплексных лигатур, состоящих из кремния, марганца и алюминия, которые способствуют более глубокой очистке от кислорода и неметаллических примесей на стадии окислении [1-5].
Лигатуру получают из составляющих их чистых металлов путем выплавки из руд, концентратов и материалов, не применяемых непосредственно к производству ферросплавов. В черной металлургии лигатура отличается от ферросплавов тем, что используется не только для легирования, но и для окислении стали и получения специальных сплавов. Исходя из литературных источников, мы полагаем, что это неверное утверждение, поскольку общее название лигатуры не относится к способу воздействия на сплав (легирование, модификация, окисления, десульфуризация и т.д.). В терминологическом словаре "лигатура на латыни означает связь". В настоящее время в технической литературе используется фраза лигатура для модификации и легирования. На основании вышеизложенного можно сказать, что ферросплавы относятся к лигатурам [6, 7].
Известно, что при производстве специальных сплавов для окисление и легирования стали и специальной стали следует использовать комплексные лигатуры (далее в тексте - КЛ) [1]. Ранее КЛ получался методом плавки нескольких ферросплавов в плавильных агрегатах или ковшах при заливке руды из термической печи. Однако этот метод неэкономичен, поскольку при переплавке нескольких ферросплавов приводит к дополнительным затратам электроэнергии и материалов, а также отрицательно сказывается на окружающей среде [8].
В авторских работах Г.В. Медведева и Т.Д. Такенова показана возможность выплавки нестандартных сырьевых материалов: низкосортной марганцевой руды, высокозольного угля или КЛ из угольных пород [1]. Привлечение марганцесодержащих руд и высокозольного угля, не используемого в энергетических целях, к металлургической переработке является одной из первоочередных задач производственных предприятий и научно-исследовательских центров.
Fe-Si-Mn-Al КЛ имеет ряд преимуществ перед стандартными ферросплавами, которые улучшают процесс окислении стали (быстро растворяются в стали) и, в конечном итоге, повышают эксплуатационные свойства стали, в то время как обработанный металл содержит минимальное количество неметаллических примесей. Производство КЛ позволяет применять новые виды сырьевых материалов, перерабатывать техногенные некондиционные сырьевые материалы, максимально использовать все их компоненты и разрабатывать малоотходные и безотходные технологии получения ферросплавов [9, 10].
Актуальность работы. Актуальность работы обусловлена увеличением производства высококачественных металлов и металлоизделий, а также привлечением к металлургической переработке марганцесодержащих руд и неэнергетического высокозольного угля, непригодных для непосредственного применения в производстве ферросплавов Республики Казахстан.
Наряду с увеличением объемов производства высококачественных металлов и металлоизделий с каждым годом повышается и качество, в рамках которого производители пытаются снизить стоимость металлопродукции за счет экономии энергоресурсов и используемых материалов, не теряя при этом качества в конкуренции. Улучшение качества стали может быть обеспечено применением КЛ, содержащих кремний, марганец и алюминий, которые способствуют глубокой очистке стали от кислородных и неметаллических примесей на стадии окислении.
Цель работы. Разработка технологии получения комплексных лигатур, образующих Fe-Si-Mn-Al из марганцосодержащих шихтовых материалов и высокозольных углей РК. Изучение физико-химических характеристик исходных шихтовых материалов и полученных продуктов. Определение рациональных технологических параметров процесса плавки комплексной лигатуры.
Новизна работы: В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана технология получения КЛ пригодных для посредственного применения в производстве стали, в частности кислородсодержащих в производстве тихой и полуспокойной стали.
Практическая значимость. На основе приведенных исследовании будут получены прогнозируемые марганецсодержащие комплексные сплавы применяемые в дальнейшем в сталеплавильном отрасле.
Сведения об объеме магистерской диссертации и количестве иллюстративных материалов. Диссертация изложена на 67 страницах машинописного текста, вкллючает введние, 3 главы, заключение, 25 рисунков, 31 таблиц, список литературы из 110 наименований.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
6
КРЕМНИЙ, МАРГАНЕЦ ПЕН АЛЮМИНИЙ ҚҰРАМДАС ҚОРЫТПАЛАРДЫ БАЛҚЫТУ ТЕХНОЛОГИЯСЫНЫҢ ЖАЙ-КҮЙІ, КЕШЕНДІ ЛИГАТУРАНЫ БАЛҚЫТУҒА ҚАЖЕТТІ ШИКІЗАТ БАЗАСЫНА САРАПТАМАЛЫҚ ШОЛУ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
8
1.1
Қазақстан Республикасында құрамында кремний, марганец, алюминий бар кешенді қорытпаларды балқыту мәселесінің жай-күйі ... ... ... ... ... ..
9
1.2
Қазақстан Республикасының көмір бассейндері мен кен орындары туралы жалпы мәлімет ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
17
1.3
Қазақстан Республикасының марганец кен орындары туралы жалпы мәлімет ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
23
Fe-Si-Mn-Al МЕТАЛДЫҚ ЖҮЙЕСІНІҢ ФАЗАЛЫҚ ҚҰРАМЫН ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ ДИАГРАММАЛЫҚ ТАЛДАУ ЖӘНЕ КЕШЕНДІ ЛИГАТУРАНЫ АЛУ ПРОЦЕСІН МОДЕЛЬДЕУ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... .
27
2.1
Fe-Si-Mn-Al металдық жүйесінің термодинамикалық диаграммалық талдауы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
27
2.1.1
Құрамында Fe-Si-Mn-Al қорытпасының кристалдануын зерттеудің теориялық негіздемесі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
27
2.1.2
Fe-Si-Mn-Al металдық жүйесінің қос жүйелері қосылыстарының термодинамикалық қасиеттерін талдау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...
30
2.1.3
Fe- Si-Mn-Al металдық жүйесінің үштік жүйелері қосылыстарының термодинамикалық қасиеттерін талдау және триангуляцияны жүргізу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
37
2.1.4
Fe- Si-Mn-Al металдық жүйесінің тетраэдрациясы ... ... ... ... ... . ... ... ... ...
41
Fe-Si-Mn-Al КЕШЕНДІ ЛИГАТУРАСЫН БАЛҚЫТЫП АЛУ ТЕХНОЛОГИЯСЫН СЫНАУ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
46
3.1
Кен-термиялық зертханалық және ірі зертханалық электр пештерінде балқыту үшін шихта материалдарын дайындау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
46
3.2
Қуаттылығы 150 кВ·А зертханалық кен-термиялық электр пешінде Fe-Si-Mn-Al кешенді лигатурасын балқыту ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
49
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
54
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ..
55
АНЫҚТАМАЛАР, БЕЛГІЛЕНУЛЕР ЖӘНЕ ҚЫСҚАРТУЛАР
ҚарИУ - Қарағанды индустриялық университеті КеАҚ
ХМИ - ҚР минералды шикізатты кешенді қайта өңдеу ұлттық орталығының филиалы Ж.Әбішев атындағы Химия-металлургия институты
ИМЕТ - Ресей Ғылым академиясының Орал бөлімінің Металлургия институты Федералды мемлекеттік бюджеттік ғылыми мекемесі (Екатеринбург қ., Ресей Федерациясы)
КЛ - кешенді лигатура
МемСТ - мемлекеттік стандарт
ҚР СТ ISOIEC - Қазақстан Республикасының Ұлттық стандарты ISOIEC
АМС - Алюмосиликомарганец қорытпасы
ТТТ - толық термодинамикалық талдау
КІРІСПЕ
Әлемдік сапа стандарттары жыл сайын артып келеді, оның аясында өндірушілер бәсекеде сапаны жоғалтпай, энергия ресурстары мен қолданылатын материалдарды үнемдеу арқылы металл өнімдерінің құнын төмендетуге тырысады. Осыған байланысты қара металлургияны дамытудың басым бағыттарының бірі табиғи шикізат пен техногендік қалдықтар негізінде көпмақсатты мақсаттағы жаңа материалдар өндірісін ұлғайту болып табылады.
Болаттың сапасын едәуір жақсартуды кремний, марганец және алюминийден тұратын кешенді лигатураларды қолдану арқылы қамтамасыз етуге болатындығы белгілі, олар оттексіздендіру сатысында оттегі мен металл емес қоспалардан тереңірек тазартуға ықпал етеді [1-5].
Лигатураны оларды құраушы таза металдарынанан немесе кендерден, концентраттардан және ферроқорытпа өндірісіне тікелей қолданылмайтын материалдарды балқыту алу арқылы алады. Қара металлургияда лигатура ферроқорытпалардан тек легірлеу үшін ғана емес, сонымен қатар болатты оттексіздендіру және арнайы қорытпалар алу үшін қолданылатындығымен ерекшеленеді. Әдеби дереккөздерге сүйене отырып, біздің пайымдауымызша, бұл дұрыс тұжырым емес, өйткені лигатураның жалпы атауы қорытпаға әсер ету әдісіне (легірлеу, модификациялау, оттексіздендіру, күкіртсіздендіру және т.б.) қолданылмайды. Терминологиялық сөздікте, лигатура латынша - байланыс дегенді білдіреді. Қазіргі уақытта техникалық әдебиеттерде модификациялау және легірлеу үшін лигатура тіркесі қолданылады. Жоғарыда айтылғандардың негізінде ферроқорытпаларды лигатураларға жатады деп айтуға болады [6, 7].
Болатты және арнайы болатты оттексіздендіру және легірлеуге арналған арнайы қорытпалар өндірісінде кешенді лигатураларды (бұдан әрі мәтінде - КЛ) пайдалану керек екендігі белгілі [1]. Бұрын КЛ балқыту агрегаттарында немесе кен термиялық пештен құю кезінде шөміштерде бірнеше ферроқорытпаларды балқыту әдісімен алынған. Алайда, бұл әдіс үнемсіз, өйткені бірнеше ферроқорытпаларды қайта балқытқан кезде қосымша электр энергиясы мен материалдық шығындарға әкеледі, және қоршаған ортаға кері әсерін тигізеді [8].
Г.В. Медведев пен Т.Д. Такеновтің авторлық еңбектерінде стандартты емес шикізат материалдар: төмен сұрыпты марганец кені, жоғары күлді көмір немесе көмір жыныстарынан КЛ балқыту мүмкіндігі көрсетілген [1]. Құрамында марганец бар кендерді және энергетикалық мақсаттарда пайдаланылмайтын жоғары күлді көмірді металлургиялық қайта өңдеуге тарту өндірістік кәсіпорындар мен ғылыми-зерттеу орталықтарының бірінші кезектегі міндеттерінің бірі болып табылады.
Fe-Si-Mn-Al КЛ-дың стандартты ферроқорытпаларға қарағанда бірқатар артықшылықтары бар, олар болатты оттексіздендіру процесін жақсартады (болатта тез ериді), сайып келгенде, болаттың пайдалану қасиеттерін арттырады, ал өңделген металл құрамында металл емес қоспалар ең аз мөлшерде болады. КЛ өндірісі шикізат материалдарының жаңа түрлерін қолдануға, техногенді кондициялық емес шикізат материалдарын қайта өңдеуге, олардың барлық компоненттерін барынша пайдалануға және ферроқорытпаларды алудың аз және қалдықсыз технологияларын әзірлеуге мүмкіндік береді [9, 10].
Жұмыстың өзектілігі. Жұмыстың өзектілігі жоғары сапалы металдар мен металл бұйымдарын өндірудің ұлғаюымен, сондай-ақ Қазақстан Республикасының тікелей ферроқорытпа өндірісіне қолдануға жарамсыз құрамында марганец бар кендерді және энергетикалық емес жоғары күлді көмірді металлургиялық қайта өңдеуге тарту болып саналады.
Жоғары сапалы металдар мен металл бұйымдарын өндірудің көлемінің ұлғаюымен қатар сапа да жыл сайын артып келеді, оның аясында өндірушілер бәсекеде сапаны жоғалтпай, энергия ресурстары мен қолданылатын материалдарды үнемдеу арқылы металл өнімдерінің құнын төмендетуге тырысуда. Болаттың сапасын жақсартуды құрамында кремний, марганец және алюминий бар КЛ-ды қолдану арқылы қамтамасыз етуге болады, олар оттексіздендіру сатысында болатты оттегі мен металл емес қоспалардан терең тазартуға ықпал етеді.
Жұмыс мақсаты. ҚР-дың құрамында марганец бар шихта материалдарынан және жоғары күлді көмірлерінен Fe-Si-Mn-Al құрайтын кешенді лигатуралар алу технологиясын әзірлеу болып табылады. Бастапқы шихта материалдары мен алынған өнімдердің физикалық-химиялық сипаттамаларын зерттеу. Кешенді лигатураны балқыту процесінің ұтымды технологиялық параметрлерін анықтау.
Жұмыстың жаңалығы: Теориялық және эксперименттік зерттеулер нәтижесінде тыныш және жартылай тыныш болат өндірісінде оттексіздендіргіш ретінде қолдануға бағытталған тікелей ферроқорытпа өндірісіне қолдануға жарамсыз марганец кені және энергетикалық тұрғыдан жарамсыз болып табылатын жоғары күлді көмірден өздігінен шашырауға ұшырамайтын КЛ-ды алу технологиясы әзірленді.
Практикалық маңызы. Теориялық зерттеулер арқылы болат өндірісіне қажетті кешенді марганецқұрамдас лигатура құрамы анықталды және физико-химиялық жағдайы зерттелді.
Магистрлік диссертацияның көлемі және иллюстрациялық материалдар саны туралы ақпарат. Диссертация 67 машинада басылған мәтіннің бетінде ұсынылған, кіріспеден, 3 тараудан, қорытындыдан, 25 суреттерден, 31 кестелерден, 110 атаулардың библиографиясынан тұрады.
1 КРЕМНИЙ, МАРГАНЕЦ ПЕН АЛЮМИНИЙ ҚҰРАМДАС ҚОРЫТПАЛАРДЫ БАЛҚЫТУ ТЕХНОЛОГИЯСЫНЫҢ ЖАЙ-КҮЙІ, КЕШЕНДІ ЛИГАТУРАНЫ БАЛҚЫТУҒА ҚАЖЕТТІ ШИКІЗАТ БАЗАСЫНА САРАПТАМАЛЫҚ ШОЛУ
Қара металлургияның дамуының басымдық бағыты жоғары сапалы металдар мен металл бұйымдарды өндіру көлемін ұлғайту болып табылады. Металлургия өнеркәсібі - Қазақстан экономикасының жетекші салаларының бірі. Ал металлургиялық өнеркәсіптің негізгі өнімдерінің бірі - болат. Қазақстанда болатты өндірудің негізгі өндірушісі болып қара металлургия алпауыты АрселорМиттал Теміртау АҚ саналады. Қазақстан Республикасының соңғы бес жылдағы (2017-2021 ж.ж.) болат өндірісінің көлемі, болат өнімдерінің экспорты мен әлемде алатын орны [11], 1.1-суреттегі графикте көрсетілген. Жалпы алғанда Қазақстан Республикасының әлемдік болат өндірістегі үлесі 0,21-0,26% шамасында.
Сурет 1.1 - Қазақстан Республикасының болат өндірісінің
2017-2021 жылдардағы потенциалы
Әлемдік болат өндірісіне деген сапа стандарттары жыл сайын артып келеді, оның аясында өндірушілер бәсекеде сапаны жоғалтпай, энергия ресурстары мен қолданылатын материалдарды үнемдеу арқылы металл өнімдерінің құнын төмендетуге тырысады. Болаттың сапасын жақсартуды, оттексіздендіру сатысында болатты оттегі мен металл емес қоспалардан терең тазартуға ықпал ететін, құрамында кремний, марганец және алюминийден тұратын кешенді қорытпаларды немесе лигатураларды қолдану арқылы қамтамасыз етуге болады. Қазақстанның ферроқорытпа саласын дамыту бағыттарының бірі ферроқорытпа өндірісіне тікелей қолданылмайтын материалдар: құрамында темір мен кремнийдің мөлшері жоғары марганец кендері мен жоғары күлді көмірді металлургиялық қайта өңдеуге тарта отырып, Fe-Si-Al-Mn негізінде КЛ балқыту болып табылады.
Ферроқорытпалар мен КЛ болат пен арнайы қорытпалардың өндірісінде оттексіздендіру үшін, металл емес қоспаларды жою үшін және болатты легірлеу мен құрамын түзету үшін қолданылады. Тарихи деректерге сүйенсек, КЛ бірнеше ферроқорытпаларды балқыту жолымен дайындалды. Алайда, бұл әдіс үнемсіз, себебі дайын ферроқорытпаны қайта қыздырып, балқыту және өңдеу керек. Бұл энергия мен материалдардың айтарлықтай шығынына әкеледі және қоршаған ортаны ластауы мүмкін. Сондықтан КЛ стандартты ферроқорытпаларды алу технологиясы негізінде, тікелей табиғи және техногенді шикізаттан тотықсыздандырып алып балқытуға болатындығы болжанды [3].
Соңғы фактор бірнеше элементтерді бірлесіп тотықсыздандыру, олардың белсенділігінің едәуір төмендеуіне (элементтерді ең жақсы бөліп алу) және балқу температурасына (эвтектиканың түзілу және т.б.) негізделген. Қорытпаларды тікелей өндіруде болатқа элементтердің тиімді тотығуын және жеткізілуін қамтамасыз ететін, жекелей FeSi, FeMn және Al қолдану кезінде мүмкін емес, құрамында кремний, марганец және алюминий бар, КЛ технологиясын құру кезінде бұл қасиетті едәуір жақсартуға болады [7, 8].
Г.В. Медведев пен Т.Д. Такеновтің авторлық еңбектерінде [1] ферроқорытпа өндірісінде тікелей қолданылмайтын шикізат материалдарынан: құрамында марганеці бар төмен сұрыпты марганец кенінен, жоғары күлді көмірден және көмірлі жыныстардан тұратын КЛ балқыту мүмкіндіктері көрсетілген. Бір балқыту агрегатында бірнеше қиын және жеңіл тотықсызданатын элементтерді бірге тотықсыздандыру арқылы КЛ-ды қожсыз үрдіспен алудың өзіндік артықшылығы байқалды.
1.1 Қазақстан Республикасында құрамында кремний, марганец, алюминий бар кешенді лигатураларды балқыту мәселесінің жай-күйі
Болат балқыту өндірісінде негізінен кремний мен марганец ферроқорытпа түрінде және алюминий техникалық таза түрінде тұтынылады. Әлемде 1 млрд. тонна болатты өндіру кезінде металлургия саласындағы кремний мен алюминийдің шығыны таза металға қайта есептегенде, сәйкесінше 5 млн.т және 1,5 млн. т шығынды құрайды. Кремний мен алюминийдің көрсетілген мөлшерін алу үшін табиғи шикізаттың таза түрлерінің (каолинит, кварц, боксит және кокс) едәуір көлемі, сондай-ақ 110 млрд.кВт·сағаттан астам электр энергиясы жұмсалады [12].
Ферроқорытпа саласы болат балқыту өндірісімен қатар дамып келеді және бұл бағыт жалғасын табады, өйткені ферроқорытпалар мен лигатуралардың негізгі тұтынушысы болат пен арнайы қорытпалар өндірісі және машина жасау саласы болып табылады. Тот баспайтын болатты қолданудың тез өсуі хром (FeCr) және никель (FeNi) ферроқорытпа өндірісінің өсуіне әкелді, орташа жылдық өсу қарқыны жылына кемінде 5% құрайды. Бұл тот баспайтын болаттың шектеулі болуына байланысты, яғни бастапқы легірлеуші материалдарға, әсіресе Cr, Ni және Mo-ға сұраныс болады. Басқа ауқымды өндіріске ие FeMn, FeSi және SiMn ферроқорытпаларына келетін болсақ, сұраныс төмен легірленген көміртекті болатпен көбірек байланысты. Өсім жылына орта есеппен 2% болады деп күтілуде. Мұндай өсу қарқыны 2% болған кезде әлемде жыл сайынғы болат өндірісі 2040 жылға қарай 2 500 млн. тоннадан асады деп күтілуде, бұл ферроқорытпа өнеркәсібінің түрлі секторларында айтарлықтай өсуді білдіреді.
Қазіргі уақытта өнеркәсіпте болатты оттексіздендіру үшін ферроқорытпалардың дәстүрлі маркалары: ферросилиций ФС45, ФС65, ФС75; ферромарганец ФМн70, ФМн78 мен жоғары сапалы шикізаттан алынған техникалық таза алюминий қолданылады.
Болашақта ферроқорытпалар мен лигатуралардың маркалары мен сапасына қойылатын талаптар қандай болады? Ферроқорытпалардың негізгі құрамы бастапқы шикізатқа, өндіріс технологиясына, тапсырыс берушілердің тілектері мен талаптарына байланысты. Алынған ферроқорытпалардың бағасы алынатын болаттың құрамына тікелей әсер етеді. Болат өндірушілер өзіндік құны төмен сапалы өнім шығаруы керек. Бұл әсіресе жоғары тоннажды тыныш және жартылай тыныш болат маркаларын өндіруде көрінеді. Болаттың тыныш және жартылай тыныш маркаларын өндіру FeSi, FeMn, SiMn ферроқорытпаларынсыз, сондай-ақ металл емес қоспалардан болатты оттексіздендіру және өңдеу үшін қолданылатын техникалық таза алюминийсіз мүмкін емес. Ферроқорытпалардың жоғарыда аталған түрлерін: ферросилиций ФС45, ФС65, ФС75; ферромарганец ФМн70, ФМн78 және техникалық таза алюминий өндіру үшін жоғары сапалы табиғи шихта материалдары мен көп мөлшерде энергия шығындары талап етіледі.
Бүгінгі таңда ХМИ ғалымдары ферроқорытпа өндірісіне тікелей қолдануға жарамсыз марганец кені мен жоғары күлді көмірді металлургиялық өндіріске тарта отырып, КЛ алу технологиясын белсенді түрде дамытып, жетілдіруде. Бұл марганец кені мен жоғары күлді көмірден құрамында Si, Mn және Al тұратын КЛ (АМС) алудың принципті мүмкіндігін зерделеген ғалым-зерттеушілер еңбектерінің жалғасы болып табылады. Өкінішке орай, қорытпаны алу технологиясын жолға қою мен өндірістік ағынға ферросиликоалюминий (ФСА) ретінде қою мүмкін оңай емес, себебі, пайдаланылатын шикізат материалдары: марганец кені мен жоғары күлді көмірдің химиялық және минералогиялық құрамының әртектілігі; алынатын қорытпаның өздігінен шашырау себебінің нақты анықталмауы және де осы құбылысты неғұрлым егжей-тегжейлі зерттелуді талап етеді. Сонымен қатар, болат балқыту мен машинажасау саласында Fe-Si-Mn-Al КЛ химиялық құрамына қойылатын стандарттар мен техникалық шарттар әлі әзірленбеген.
Кеңес Одағының қалыптасу кезеңінде де жоғары сапалы болат бойынша Бірінші Бүкілодақтық конференцияда (1933 ж.) кешенді оттексіздендіргіштерді қолданудың орындылығы анықталды. Алайда, кешенді қорытпалар КСРО-да да, шетелдік капиталистік елдерде де ауқымды өндіріске ие болмады. Бірақ зерттеу нәтижелері болатты оттексіздендіру үшін күрделі қорытпаларды, соның ішінде АМС қолданудың өте тиімді екенін көрсетті [23-28].
АМС кешенді қорытпаларымен оттексіздендіру дәстүрлі оттексіздендіргіштермен ферромарганец, ферросилиций және алюминиймен салыстырғанда құрамында металл емес қосындылары аз болат алуға мүмкіндік береді. АМС кешенді қорытпасының оңтайлы құрамы, %: 10 Mn, 10 Si, 10 A1 және 20 Mn, 20 Si, 10A1 деп көрсетілген [14].
А.М. Самарин сұйық болатта кремний мен алюминий элементтері бір уақытта болған кезде оттексіздендіру қабілетін анықтаудың басымдылығын және АМС кешенді қорытпасы түріндегі оттексіздендіргіштерді қолданудың орындылығын атап өтті [16]. Зерттеуші ғалымдар Ф.П. Еднерал, А.М. Самарин және т.б. АМС кешенді қорытпасы оттексіздендіргіш ретінде оң сипаттамаларға ие екенін анықтады [15, 17]. Мысалы, Mn:Si:Al - 4:1:0,4 қатынастағы АМС кешенді қорытпасы болаттың диффузиялық оттексіздендірілуін оттексіздендіру кезеңінің басында тұндырумен алмастыру үшін оттексіздендіруді жылдамдатуға және металл емес қоспаларды жоюға, сондай-ақ күкіртсіздендіру кезеңінің ұзақтығын қысқартуға мүмкіндік береді. Бұл жұмыстың тұжырымы болаттағы оттекті қоспалардың құрамы оттексіздендіру процесінде АМС кешенді қорытпасындағы Mn:Si қатынасы артқан сайын азаяды. Mn:Si:Al - 6:1:0,25 қатынастағы АМС кешенді қорытпасымен оттексіздендірілген болаттың құрамында Mn:Si:Al - 1:1:0,25 қатынастағы қорытпамен оттексіздендірілген болатқа қарағанда үш есе аз тотықтар бар екендігі анықталды, яғни кешенді қорытпадағы марганецтің мөлшері және марганецтің кремнийге мен алюминийге қатынасы елеулі мәнге ие екендігін көрсетеді. С.Н. Голубев және т.б. зерттеушілердің еңбектерінде алғаш рет қандай шикізат материалдарынан кешенді оттексіздендіргішті алу қажеттілігі, әртүрлі әдістермен және шикізат материалдармен алынған нәтижелері төмендегідей [19]: 1) Тоқ өткізгіш түбі бар бір фазалы тотықсыздандыратын шахталық электр пешінде балқыту. Шикізат материалдары: марганец кені, боксит, кварцит, темір жоңқалары және ағаш көмір; 2) Алюмотермиялық әдіспен пештен тыс балқыту ваннасында балқыту. Шикізат материалдары: марганец кені, кварцит, күйінді, калий және алюминий нитраты; 3) Бірге балқыту. Шикіқұрам материалдары: көміртекті ферромарганец, 45% ферросилиций, техникалық таза алюминий және болат жоңқалар. 1.1-кестеде қолданылған АМС КЛ - дың химиялық құрамы келтірілген.
Кесте 1.1. - АМС кешенді қорытпасының химиялық құрамы, %
Әдіс
Mn
Si
Al
C
P
S
1
25,2-26,7
12,6-13,2
5,3-5,7
3,6
0,4
0,01
2
22,24
15,45
5,40
0,28
0,019
0,21
3
23-27
12-19
5,6-5,8
1,8
0,25
0,15
Болатты оттексіздендіру кезінде дайын болаттағы оттегі мен металл емес қоспалардың мөлшері АМС кешенді қорытпасын өндіру әдісіне байланысты емес екендігі анықталды, ал АМС кешенді қорытпасын пайдалану кезінде болаттың тазалығы тек бір оттексіздендіргішпен салыстырғанда артатындығы анықталды. Ғалымдар қорытпаның құрамының өзгеруі металл емес қоспалармен ластануға әсер етпейтінін атап өтті.
Электр доғалы және мартен пештерінде болатты балқыту кезінде АМС КЛ қолдану Ф.П. Еднерал, З.М. Калинина, А.И. Комиссаров, Н.В. Кейс еңбектерінде зерттелген [20-23]. Болатты электр доғалы балқыту кезінде АМС КЛ оттексіздендіру кезеңінің басында металға енгізілді, ал Челябинск металлургия зауыты жағдайында болат мартен пешінің шөмішінде алдын-ала оттексіздендірдірілді. Қолданылған АМС КЛ құрамы: 60-78% Mn, 11-17% Si 4-7% Al шегінде болды.
Кремнийдің 10% және алюминийдің 5% тұрақты құрамы кезінде марганецтің құрамын 10%-дан 60%-ға дейін өзгерте отырып, болатты АМС КЛ-мен оттексіздендіру жүргізілді [24]. Нәтижесі көрсеткендей, КЛ болаттың оттегі мен металл емес қоспалардан тазалығын едәуір арттыратынын көрсетті. Кешенді болаттағы марганецтің мөлшерінің жоғарылауы жоғарыда аталған сипаттамаларға оң әсер етеді.
И.П. Казачков, Д.Я. Поволоцкий және т.б. ғалымдар АМС КЛ-ды шөміште оттексіздендіру үшін және болатты алдын-ала оттексіздендіру үшін қолданды, оның нәтижелері болаттың ұсақ бөлшектелген металл емес қоспалардың басым болуымен алынғанын және металл емес қоспамен байланысты дайын металл өнімдерінің ақаулығы салыстырмалы түрде азайғанын көрсетеді [25, 26].
Болаттың тыныш және жартылай тыныш маркаларынан басқа, АМС КЛ 12ХНВА және 18ХНВА хромды болаттарын оттексіздендіру үшін де қолданылды. Оң нәтиже доғалы пеште оттексіздендіру кезеңінің ортасында 18ХНВ болатын оттексіздендіру болды [7].
Шет елдердің (АҚШ, Жапония, Англия, Франция, Италия және т.б.) тәжірибесінде КЛ-ды, соның ішінде Si, Mn және Al қорытпаларын алу және қолдану тәжірибесі бар. Дайын өнімнің сапасын жақсарту және қара металлургияда техникалық таза алюминийді тұтынудың азайғаны сипатталады [27, 28].
Жапонияда құрамында: 18-22% Si, 18-22% Mn және 18-22% Al бар қорытпа бірге балқыту әдісімен алынған. Бұл әдістің елеулі кемшілігі жоғарыда айтылғандай, балқытып алудың қымбаттығында. Алынған КЛ тек ерекше жағдайларда ғана қолданылады және жаппай өндірілген болаттарды оттексіздендіруде қолдануға экономикалық жағынан тиімсіз. АҚШ пен Италияда марганец мөлшері жоғары кендердің жетіспеушілігін ескере отырып, оттексіздендіру технологиясын жеңілдету және болаттың сапасын жақсарту мақсатында марганецтің кремнийге қатынасы 2-2,5 болатын қорытпаның өндірісі ұйымдастырылды. Құрамында марганец пен кремний бар және оттексіздендіруде қолданылатын қорытпалардағы MnSi қатынасы ерекше мәнге ие. Ферросилицийді қолданбайтын нәтижеге қол жеткізуге болады, бірақ болаттың мұндай сорттары аз.
Ферроқорытпа саласында шикізатты кешенді қайта өңдеу тиімділігін арттыруға дайындалған шикіқұрамды (кен мен тотықсыздандырғышты бірге брикеттеу) қолдану ықпал етеді. Қождағы элементтердің белсенділігін арттыратын қождамалардың жаңа түрлерін пайдалану арқылы, мысалы, құрамында сілтісі бар қождамалар; үйінді қождарды қосымша тотықсыздандыру, шикізат материалдарын дайындау, тасымалдау, құймаларды құю және бөлу кезінде пайдалы компоненттердің механикалық шығындарын азайту және т.б.
КСРО-да кесектелген материалдар іс жүзінде қолданылмады. Сонымен қатар, шетелде (АҚШ, Жапония, Оңтүстік Африка) хром қорытпаларын, ферросилицийді алу үшін брикеттелген шихта қолданылды [28-29]. Кеңес зерттеушілері (А.П. Ем, С.И. Хитрик, А.Т. Хвичия және т.б.) жүргізген эксперименттер ферросилиций, марганец және басқа ферроқорытпаларды өндіруде брикеттелген шикіқұрамды қолданудың тиімділігін көрсетті [30-33].
Осылайша, барлық дерлік AMС КЛ-мен оттексіздендіру зерттеулері, қорытпаның жеке дәстүрлі оттексіздендіргіштермен салыстырғанда сөзсіз артықшылықтары бар екенін көрсетті. АМС КЛ-дың оңтайлы құрамына қатысты зерттеушілердің пікірлері бірдей емес және бір-біріне қайшы келеді. Марганецтің мөлшері сәйкесінше 10%-дан 78%-ға дейін, кремний 10-20%, алюминий 4-10% аралығын құрайды. Бірақ АМС КЛ-мен болатты оттексіздендіру бойынша жоғарыда аталған зерттеулердің нәтижелері көрсеткендей, дайын өнімді оттектен және металл емес қоспалардан тазарту үрдісін жылдамдататындығы анықталды.
АМС КЛ-ды кешенді оттексіздендіргіш түрінде қолдану бойынша аналитикалық шолудың нәтижелері көрсеткендей, болаттың құрамында металл емес қоспалардың мөлшерінің төмендеуіне әкелетдігін көрсетеді. Болатты кешенді оттексіздендіру идеясы болатты оттексіздендіру өнімдері сұйық түрінде алынады, өйткені әртүрлі оттексіздендіргіштердің екі-үш тотығы оңай балқитын фазаны құрайды, ал металл емес қоспалар оттексіздендіру өнімдері ретінде оңай үлкейіп, сұйық металдан бөлініп шығады. Мұндай технология дәстүрлі оттексіздендіргіштердің бірін толығымен немесе ішінара алмастыра отырып, КЛ-ды пайдалану арқылы жүзеге асырылады.
Болатты АМС КЛ-мен оттексіздендіру келесі мәселелерді шешуге мүмкіндік береді: - металл емес қоспаларды азайту есебінен болаттың сапалық көрсеткішін жоғарылату; - кешенді оттексіздендіргіштің бір компонентінің пайдалану тиімділігін басқа компоненттермен қорғау арқылы арттыруға мүмкіндік береді; - металл емес қоспаларды металдан шығаруды жеңілдету мақсатында олардың құрамы мен морфологиясын жақсарту; - дайын өнімнің қасиеттеріне металл емес қосындылардың зиянды әсерін азайту.
АМС КЛ-ды алу туралы, сондай-ақ КЛ-ды қолдану нәтижелері туралы мәліметтер Химия-металлургия институтының ғалымдары Г.В. Медведев пен Т.Д. Такеновтің Сплав АМС ғылыми еңбегінде толығырақ келтіріледі, онда алюминосиликомарганец КЛ-ды алу процесін зертханалық, эксперименттік және технологиялық зерттеу нәтижелері берілген. АМС КЛ-ды алу кезінде қолданылатын шикізат материалдары марганец кені мен жоғары күлді көмірдің барлық жетекші элементтерін пайдалану бойынша теориялық негіз қаланды. Химия-металлургия институты Ермаков (Ақсу), Ақтөбе және Зестафон (Грузия) ферроқорытпа зауытымен бірлесіп әзірлеген АМС КЛ балқыту бойынша техникалық-экономикалық және технологиялық көрсеткіштері келтірілген. Нәтижесінде құрамында Si, Mn және Al бар АМС КЛ жоғары күлді көмір мен марганец кенін қожсыз көміртекті (карботермиялық) процеспен бірге тотықсыздандыру жолымен алынды [1]. Сонымен қатар М.И. Друинский мен В.И. Жучковтың Қазақстанның минералды шикізатынан кешенді ферроқорытпаларды алу ғылыми еңбегінде тек қана АМС КЛ ғана емес, осы типтегі қорытпалар (ФСА, ФАСК, АХС және т.б.) туралы да толық ақпараттар мен ғылыми-зерттеу жұмыстарының нәтижелері келтірілген [2].
Ғылыми еңбекте КЛ-ды алу процесінің физикалық-химиялық негіздері қарастырылаған, шикізат материалдарына қойылатын талаптар келтірілген және қорытпаны алу үшін кендерді өңдеу әдістері талданған. Кешенді ферроқорытпаларды алу технологиясы тек АМС ғана емес, сонымен қатар хром, барий, кальций негізіндегі және ФСА КЛ-дарды да сипаттайды. Болат өндірісінде қолдану үшін кешенді ферроқорытпаларды қолдану технологиясы ұсынылады [2].
АМС КЛ-ды балқыту технологиясын әзірлеудің негізі болат балқыту және машина жасау саласының металлургиялық алыптары пайда болған КСРО-ның шығыс өңірлерін жоғары сапалы марганец бар ферроқорытпалармен қамтамасыз ету үшін Орталық Қазақстанның марганец кен орындарын тарту жөніндегі идея болды. Марганец ферроқорытпаларын өндіруді тұтынушыларға жақындату міндеті тұрды. Кендердің сапасын бағалау және құрамында марганец бар шикізат негізінде марганец ферроқорытпаларын өндіруді ұйымдастыру тек Қазақстанда ғана емес, Сібір мен Оралда да марганец өндірістерін өндіруге қойылатын талаптарға сәйкес келмеді. Кендегі марганецтің төмен мөлшері, көп сатылы байыту және қайта өндеу сұлбасы өндірілген ферроқорытпалардан өнімнің өзіндік құны 1,5-2 есе асатын болатындығын анықтады.
Құрамында марганец бар кендерді КЛ-ға қайта өңдеу схемасы барлық қолданыстағы технологиялық қайта өңдеу сұлбаларының перспективтісінің бірі болды. АМС КЛ-ды балқыту үшін құрамында марганец бар Қазақстанның кендерінен басқа, Никополь (Украина) және Чиатур (Грузия) кен орындарының төмен сұрыпты концентраттары да пайдаланылып сыналды. Марганец кендерін өңдеудің маңыздылығы бүкілодақтық ауқымға ие болды [34-36].
АМС КЛ-ды балқыту кен мен көмірдің барлық негізгі тотықтарын кешенді пайдаланумен, қорытпаға негізгі барлық элементтерін бөлініп өтуінің (74,5-90,0% Mn, 75,2-88,0% Si, 69,1-80,4% Al) жоғарғы коэффициентімен және де бөліп алу коэффициентімен сипатталады, дайын өнімге кететін кен шығынының төмендігімен сипатталады [21, 22]. Сонымен қатар, қожсыз балқыту (еселігі 0,1) шикізат материалдарының барлық тотықтарын толық тотықсыздандырып фосфорсыздандыру әдісі де болып саналады, яғни фосфорды балқытудың газ тәрізді өнімдеріне өткізуге себебін тигізеді.
ҚазКСР ҒА-ның XX ғасырдың 60-80 жылдары жүргізілген зерттеулердің нәтижелері бойынша марганец кені мен жоғары күлді көмірден АМС КЛ-ды қожсыз үрдіспен алу кезінде мынадай артықшылықтарға ие екендігі анықталды: - қолданыстағы технологиялар бойынша марганец ферроқорытпаларын балқыту жөніндегі шихталық материалдарға (ферромарганец, силикомарганец) қойылатын талаптарға сәйкес келмейтін марганец кендерін АМС КЛ-ды балқыту кезінде қолдануға болады; - тотықсыздандырғыш ретінде энергетика және өнеркәсіп салаларында пайдаланылмайтын жоғары күлді көмір қолданылады; - марганец кені мен жоғары күлді көмірді кешенді тотықсыздандыру кезінде барлық тотықтар қорытпа көзі ретінде қызмет етеді, яғни бос кен жынысы мен көмір күлі құрамындағы кремний мен алюминий де КЛ түзілуіне қатысады; - АМС КЛ-ды балқыту кезіндегі фосфорсыздану процесі силикомарганецті сол кеннен немесе концентраттан балқытуға қарағанда жоғары; - марганецтің игерілуі стандартты марганец бар ферроқорытпаларды балқыту кезінде 50%-дан АМС КЛ-ды балқыту кезінде 90%-ға дейін артады; - басты тиімді жағы АМС КЛ-ды қожсыз балқыту үшін шикізат сапасына қойылатын талаптардың төмендеуі. Өйткені марганец кені құрамындағы марганецтен басқа, кремний мен алюминий де кешенді оттексіздендіргіш құрамында бағалы болып саналады; - әзірленген технология бойынша АМС КЛ-ды алу үшін шикізат материалдарын өңдеу кезінде байыту, агломерациялау, кокстеу, ұнтақтау және т.б. сияқты қоршаған ортаға зиянын тигізетін процестерге сұраныс азаяды.
Технологиялық тұрғыдан ең тиімсіз жағы болып АМС КЛ-дың балқыту кезінде құймақалыптарға құйылғаннан кейін салқындау кезінде үгітілуі, өздігінен шашырауы болып табылады. Қорытпа алдымен жарылып, содан кейін ұнтақ түрінде ыдырайды. Шашыраудың негізгі себептері ретінде қорытпаның қайта кристалдануы кезіндегі көлемді өзгерістер деп саналады [1, 2]. Зерттеушілер А.М. Якушев, В.А. Кудрин, Н.В. Толстогузов, Х.Г. Пурцеладзе және т.б. қорытпаның үгітілуіне бейімділік фосфордың (max. 0,048%) және алюминийдің бір мезгілде болуы болып табылады деп есептейді [46, 47-49]. Сондай-ақ, үгітілуге белгілі бір химиялық құрамы бойынша ферромарганец, ферросилиций, ферросиликоалюминий сияқты бірқатар ферроқорытпалардың қасиеті бар екенін атап өткен жөн [26, 50, 51]. Бұл ферроқорытпаларда үгітілудің себебі әртүрлі, мысалы, ферромарганецте - марганец карбидінің тұрақсыздығы немесе алюминийдің болуы, ал ферросилицийде - қорытпаны құрайтын фазалардың көлемді өзгеруі.
Жоғарыда көрсетілген теріс көрсеткіштер зерттеушілердің Ақтөбе және Зестафон ферроқорытпа зауыттарының пештерінде ауқымды ғылыми-зерттеу жұмыстарын жүргізгеніне қарамастан АМС КЛ алуды одан әрі терең зерттеуді талап етуде [1, 2].
Қазақстан Республикасы Тәуелсіздік алғаннан кейін болат балқыту өндірісін қайта жарақтандыруға байланысты болатты оттексіздендіру үшін жергілікті шикізатты пайдалану, құрамында кремний, марганец және алюминий бар жаңа КЛ-дың өзектілігі анағұрлым перспективті болды. Осыған байланысты Химия-металлургия институтында ғылыми негіздерді дамыту және құрамында кремний, марганец және алюминий ғана емес, барий және хром бар КЛ-ды балқытуды жетілдіру бойынша жұмыстар жалғастырылды. Нәтижесінде құрамында жоғары күлді көмір мен көмірлі жыныстардан алынған Si және Al бар қорытпаның өндірісі өнеркәсіптік ауқымда жеткізілді.
Бұл жоғары күлді көмірді құрамында көміртегі бар материалдар ретінде пайдалану, сондай-ақ көмірдің күлінен Si және Al қорытпаға өткізу мүмкіндігі кешенді қорытпаларды қолдану кезінде жоғары күлді көмірді шикізат материалы ретінде пайдалану мүмкіндігін дәлелдейді. Құрамында Si, Mn және Al бар қорытпаны балқыту бойынша тың нәтижелер әлемдік WoS пен Scopus базасына кіретін және Республикалық ғылыми басылымдарда, ғылыми зерттеулерде келтіріледі [42-48, 49].
Fe-Si-Al-Mn КЛ-ды алудың оңтайлы технологиясын анықтау үшін қуаты 0,2 мВА кен термиялық пеште сынақтар сериясы және АиК ЖШС-нің ферросиликоалюминий өндіру зауытында балқыту проценіне апробациялау жүргізілді. Нәтижесінде 62% MnO2 марганец кенін және 52% жоғары күлді көмір жынысы пайдалану кезінде 10-15% Mn, 55-58% Si, 15-20% Al, 15-20% Fe бар қорытпа алынды. Жетекші элементтердің игерілуі: Si - 88%, Mn - 90% Al - 80% құрады.
ХМИ базасында 2000 жылдан бастап Орталық Қазақстанның әртүрлі жоғары күлді көмірі мен жоғары кремнийлі марганец кендерін пайдалана отырып, құрамында Mn, Si және Al бар қорытпаны балқыту бойынша ҒЗЖ қайта жалғасын тапты. Онда алдын ала өңдеусіз марганец ферроқорытпаларының стандартты маркаларын өндіру үшін жарамсыз төмен сұрыпты жоғары кремнеземді марганец кендері алюмосиликомарганец қорытпасын балқытып алудың оң ерекшеліктері анықталып, ҚР патентімен расталды [47].
Жомарт кен орындарының жоғары кремнийлі марганец кендерін және Борлы мен Сарыадыр кен орындарының жоғары күлді көмірлерін пайдаланған кезде 10-15% Mn, 55-58% Si, 15-20% Al құрайтын алюмосиликомарганец КЛ алынды. Алюмосиликомарганец қорытпасын өндіру кезінде негізгі элементтердің шикізат материалдарынан қорытпаға өтуі Si - 87%, Mn - 92% және Al - 85% құрап, жоғары көрсеткіштерге жеткендігін атап өту керек [47, 48].
Қазақстаннан басқа посткеңестік республикаларда тау-кен металлургия өнеркәсібінің техногенді және екіншілік қайталама ресурстарынан (құрамында марганец бар шаң, қож, қождардың дымқыл сепарациялау шламдары, электролиттік марганецтің қостотығын өндіру шламдары, болат прокат цехтарының күйінділері, екіншілік алюминий өндірісінің құрамында алюминий бар қожы, Ткибул кен орнының жоғары күлді көмірін байыту қалдықтары және т.б.) тұратын кешенді кремний, марганец және алюминий қорытпаларын әзірлеумен және зерттеумен Фердинанда Тавадзе атындағы Металлургия және материалтану институты айналысады (Грузия) [48].
Эксперименттік балқымалардың нәтижелері Грузияның тау-кен металлургия өнеркәсібінің жоғарыда аталған техногендік және құрамында металл бар екіншілік қайталама ресурстарын электрокарботермиялық қайта өңдеу арқылы КЛ-ды балқыту технологиясының талаптарын қанағаттандыратынын көрсетеді. КЛ-дың алынған сынамалары: 26-32% Si; 17-25% Al; 28-50% Mn, 6-14% Fe; 0,6-1,3% C және 0,02-0,09% P құрайды.
Грузияның техногенді және екіншілік қайталама тау-кен металлургиялық ресурстарынан алюмосиликомарганец балқытуын зерттеу және талдау тау-кен металлургия өнеркәсібінің қалдықтары алюмосиликомарганец қорытпасын балқыту үшін пайдаланылуы мүмкін екенін көрсетті. Сондай-ақ құрамында кремний, марганец және алюминий бар КЛ-ды қолданудың тағы бір бағыты тазартылған ферромарганецті балқыту кезінде тотықсыздандырғыш ретінде пайдалану болып табылады, мұнда КЛ дәстүрлі түрде қолданылатын силикомарганецті ферроқорытпасын шикізат материалдары құрамынан ауыстыра алады. Техникалық-экономикалық көрсеткіштері жоғары бағаланған [36, 49, 50].
Мақсатты патенттік іздеу МемСТ 15.011-2005 сай қорытпаны алу әдісі мен пайдаланылған шихта материалдары бойынша, сондай-ақ КЛ бойынша практикалық деректерді анықтау үшін жүргізілді. Іздеу алдын ала жұмыс көлемін бағалау және зерттелетін тақырып бойынша ғылыми-техникалық ақпарат алу үшін жүргізілді. Зерделеу Қазақстан, РФ (КСРО) патенттерінің базаларының интернет ресурстарын пайдаланылып, жүргізілді. Іздеу тереңдігі 40 жылды құрады.
Диссертациялық жұмыста теориялық негіздерді әзірлеу және КЛ-ды балқыту технологиясын дамыту ұсынылады, ол дәстүрлі қорытпаларға қарағанда бірқатар артықшылықтарға ие оттексіздендіргіштердің дәстүрлі түрлерінің бірін толығымен немесе ішінара алмастыра алады, әсіресе бұл металды металл емес қоспалардан тазарту және оттексіздендіру процесінің кинетикасында айқын көрінеді.
Диссертациялық жұмыста болатты оттексіздендіру кезінде металл емес қоспалардан тазарту процесінің кинетикасында айқын басымдыққа ие дәстүрлі оттексіздендіргіштердің (FeMn, FeSi, SiMn) бірін толығымен немесе ішінара алмастыра алатын Fe-Si-Mn-Al КЛ теориялық негіздерді әзірлеу және КЛ-ды балқыту технологиясын дамыту ұсынылады [51].
1.2 Қазақстан Республикасының көмір бассейндері мен кен орындары туралы жалпы мәлімет
Кез-келген елдің экономикасын дамытудың негізі отын мен энергияны қажет ететін өнеркәсіп болып табылады. Сондықтан көмір өнеркәсібі экономиканың барлық секторларын, әсіресе электр энергиясын дамытудың негізі болып табылады, өйткені көмірді пайдалану арқылы елдің электр энергиясының 74% өндіріледі. Бұл Қазақстанның ішкі нарығында тұтынылатын көмірдің 51%-ы (70%-дан астам). Өнеркәсіп ішкі нарықта тұтынылатын көмірдің тек ~5% тұтынады, ал қалған ~14 коммуналдық қажеттіліктер үшін қолданылады. Өндірілген көмірдің шамамен 30%, яғни 34,02 млн.тонна келесі елдерге: Ресей, Швейцария, Беларусь, Украина, Қырғызстан, Өзбекстан, Ұлыбритания, Түркияға экспортталады [52-54].
Бүгінгі таңда Қазақстан көмір қоры бойынша әлемнің он елінің қатарына кіреді. Дәлелденген көмір қоры 33,6 млрд.тонна, бұл жалпы әлемдік көлемнің ~ 4%-ын құрайды. Дәлелденген қорлардың жалпы көлемінде қоңыр көмір көлемінің үлес салмағы 62%-ды, ал қалған 38%-ын тас көмір құрайды. Көмір өндіру көлемі бойынша Қазақстан жыл сайын әлемдегі көшбасшылардың ондығына кіреді. World's Top Export халықаралық агенттігінің деректері бойынша Қазақстан көмір экспорттаушылардың Топ-15 ішінде 13 орынға ие.
Қазақстанда 300-ден астам көмір бассейндері (1.2-сурет), кен орындары мен көмір көріністері анықталды. Көмір қорының 90%-ға жуығы республиканың солтүстігінде және орталық бөлігінде, негізінен Қарағанды және Екібастұз көмір бассейндерінде шоғырланған. Тас көмір Қарағанды, Екібастұз, теңіз-Қоржынкөл бассейндерінде және Қаражыра, Күйікек, Борлы және т.б. кен орындарында, Торғай, Төменгі Іле, Майкөбен бассейндеріндегі және басқа да кен орындарында өндіріледі. Кокстелетін көмірді АрселорМиттал Теміртау АҚ көмір департаменті Қарағанды бассейнінде өндіреді және оның көп бөлігін (95%) комбинаттың өзі тұтынады [55].
Сурет 1.2 - Қазақстан Республикасының көмір кен
орындарының картасы
Сурет 1.3 - Қазақстан Республикасында көмір өндіру динамикасы,
ішкі және сыртқы нарыққа шығару
Тәуелсіздік жылдарында (1991-2021 жж.) көмір өндіру көлемінің өсуі мен құлдырауы байқалады (1.3-сурет). Елдің көмір өнеркәсібіне жүргізілген талдау көрсеткендей, көмірді ішкі нарыққа бөлу, яғни өндірістік-технологиялық және коммуналдық-тұрмыстық қажеттіліктер үшін 2001 жылдан бастап тұрақты өсіп келеді деп санауға болады. Бірақ та, коммуналдық-тұрмыстық қажеттіліктер үшін көмірді тұтыну жыл сайын Қазақстан Республикасын газдандырудың 2015 - 2030 жылдарға арналған бас схемасына сай төмендейтініндігін атап өту қажет [53-54].
Қазақстанда 49 жер қойнауын пайдаланушы жұмыс істейді, оның 18-ы өндірмен айналысады, 10-ы барлау жұмыстарын, қалғаны делдалдық жұмыстарды жүргізеді (1.2-кесте). Кокстелетін көмірдің және аса құнды маркалардың қорлары Қарағанды көмір бассейні шегінде шоғырланған. Екібастұз көмір бассейнінің шегінде республиканың энергетикалық көмір қорларының негізгі бөлігі орналасқан. Ақтөбе, Ақмола, Алматы, Шығыс Қазақстан, Жамбыл және Түркістан облыстарында жергілікті маңызы бар көмірдің едәуір қоры бар [53, 56]. Қарағанды көмір бассейні 4 көмір бассейнінен: Қарағанды, Шерубайнұра, Тентек пен Верхносокурский, сондай-ақ 7 көмір: Борлы, Шұбаркөл, Қушоқы, Жалын, Завьяловский, Қияқты мен Самар кен орнынан тұрады.
Шығыс Қазақстан облысының шегінде ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz