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

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.

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 ISO/IEC - Қазақстан Республикасының Ұлттық стандарты ISO/IEC

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 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 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] .

---

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.

• 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