/ 91 2 (75), 2014 УДК 621 .745 .669 .13 Поступила 05.03.2014 А. г. слуцКий, А. с. КАлиНичеНКо, в. А. шейНеРТ, БНТу энергосБерегаЮЩая технология ПолуЧения лигатур на основе молиБдена в работе приведены данные по разработке технологии получения молибденсодержащей лигатуры методом алюми- нотермического восстановления. изучено влияние условий получения на качество и металлургический выход лигатуры. Полученные лигатуры были апробированы в промышленных условиях при выплавке низколегированной стали 35ХМл и результаты подтвердили эффективность применения разработанной лигатуры. Data on development of technology of the molybdenum-containing addition alloy production by method of aluminothermic restoration is provided in the article. Influence of conditions of production on quality and metallurgical output of addition alloy is studied. The received addition alloys were tested in industrial conditions at smelting of the low-alloyed steel 35HML and the received results confirmed efficiency of application of the developed addition alloy. Важнейшим условием повышения качества и эффективности производства продукции маши- ностроения нашей страны является расширение сортамента и повышение качества металлургиче- ской продукции и, в первую очередь, создание и внедрение в производство легированных сталей и сплавов, обладающих новыми, более высокими эксплуатационными характеристиками . Для решения задачи легирования стали приме- няются технически чистые металлы, ферросплавы и лигатуры, получаемые различными методами . Потребителями таких ферросплавов и лигатур, по- ставляемых исключительно по импорту, являются металлургические и литейные производства Ре- спублики Беларусь . В промышленных условиях металлы и лигату- ры получают с использованием восстановитель- ных процессов . В качестве восстановителей ис- пользуются газы и твердые вещества, например, углерод или металлы . Расчетным путем установлено [1, 2], что мето- дом косвенного восстановления получить молиб- ден из оксидной фазы с использованием газовой среды не представляется возможным, так как для этого требуется значительное количество оксида углерода . В реальных условиях такой равновесный состав газовой фазы создать невозможно . В металлургии широко используется процесс восстановления металлов твердым углеродом, ко- торый протекает через газовую фазу . Расчеты по- казали, что температура начала восстановления никеля составляет 700 К, а молибдена – значитель- но выше (1800 К) [2] . Полученные расчетные дан- ные согласуются с результатами по косвенному восстановлению молибдена . Одним из методов извлечения металлов из сое- динений является металлотермическое восстановле- ние [3] . В качестве восстановителей используются элементы, имеющие более высокое сродство к кис- лороду (алюминий, магний, кальций и др .) . Процесс сопровождается выделением значительного количе- ства тепла, за счет которого обеспечивается форми- рование слитка восстановленного металла либо сплава . Для успешного протекания алюминотерми- ческого процесса без внешнего подогрева необхо- димо, чтобы приход тепла составлял не менее 2300 Дж/г смеси . Расчеты показали [4], что термич- ность восстановительной смеси на основе оксида молибдена достаточно высокая и составляет 4700 Дж/г . Это означает, что при проведении данного процесса не требуется внешнего подогрева смеси . Таким образом, проведенный термодинамиче- ский анализ различных способов восстановления молибдена из оксидной фазы показал, что рацио- нальной технологией получения лигатур на его основе является внепечная алюминотермия . К числу основных преимуществ, способствую- щих широкому распространению данного процес- са, следует отнести: • возможности получения очень высоких тем- ператур процесса – до 2300–2800 К без подвода тепла извне; • высокую восстановительную способность алюминия, позволяющую получать алюмотерми- 92 / 2 (75), 2014 ческим методом сплавы большинства технологи- чески важных элементов; • возможность получения более низкого содер- жания углерода, чем в процессах электротермии; • относительно невысокие затраты, необходи- мые для аппаратурного оформления промышлен- ного процесса; • легкость моделирования промышленной вы- плавки путем проведения плавок небольшого мас- штаба; • простоту производства и использования алю- миниевого порошка по сравнению с порошками таких восстановителей, как магний, кальций и т . д .; • высокую температуру кипения алюминия (2773 К), что приводит к практическому отсут- ствию потерь восстановителя на испарение при проведении большинства алюмотермических про- цессов . Ранее проведенные экспериментальные иссле- дования показали, что при использовании в соста- ве восстановительной смеси чистых компонентов по различным вариантам плавки металлургиче- ский выход, например, по молибденсодержащей лигатуре составляет от 57 до 95% [4] . При промышленном производстве ферроспла- вов металлотермическим способом в составах вос- становительных смесей широко используется ок- сид кальция . Основной целью применения кальция является получение шлакового расплава, обеспе- чивающего полное разделение полученного слитка от остальных продуктов реакции . Экспериментально подтверждено, что опти- мальная добавка CaO, обеспечивающая макси- мальный металлургический выход лигатуры, со- ставляет 10%, при этом в образовавшемся шлаке практически отсутствуют корольки сплава . Даль- нейшее увеличение количества извести нецелесо- образно, так как замедляется интенсивность вос- становительной реакции . В работе [4] показана перспективность приме- нения в составе смеси в качестве восстановителя гранулированного алюминия (восстановитель), а также мелкой стальной стружки, снижающей температуру плавления металлической фазы и ста- билизирующую процесс . Металлургический выход слитка при выплав- ке лигатур существенным образом зависит от ко- личества алюминия в смеси . Установлено, что по мере увеличения его количества выше рас- четного степень извлечения молибдена умень- шается, при этом резко возрастает остаточное содержание данного элемента в лигатуре . Поэто- му при проведении экспериментальных плавок в состав смеси вводили строго расчетное коли- чество алюминия . С целью отработки технологии была выполне- на корректировка исходного состава компонентов, что позволило повысить степень извлечения мо- либдена до 94% . При этом в шлаке его концентра- ция значительно снизилась до значений не более 0,5%, что подтвердили результаты спектрального анализа (табл . 1) . При отработке технологии получения лигатуры восстановительную плавку осуществляли под вен- тиляционным колпаком в стальном футерованном ковше, который устанавливали в металлический короб и обсыпали сухим песком . По ходу плавки производили дозагрузку смеси в ковш до момента его заполнения жидким шлаком и лигатурой . По- сле полного охлаждения содержимое тигля выби- вали, а полученный слиток отделяли от шлака и взвешивали . В качестве примера на рис . 1 показан общий вид образца полученной лигатуры . Т а б л и ц а 1 . Химический состав шлака после корректировки технологии / 93 2 (75), 2014 По такой технологии была проведена серия плавок и получена опытная партия молибденсо- держащей лигатуры . Расчеты и измерения показа- ли, что металлургический выход по слитку лигату- ры в среднем составил 97% . В табл . 2 приведены результаты химического анализа образцов лигатуры, выполненные с ис- пользованием микроанализатора сканирующего электронного микроскопа «Vega 2» . Установлено, что исследованные образы лига- туры содержат 50 – 55% молибдена, 31 – 39% же- леза, 5–6% алюминия, 5–7% кремния, а также при- меси марганца и меди . Промышленные испытания молибденсодержа- щей лигатуры проводили на литейно-механическом заводе «УНИВЕРСАЛ-ЛИТ» (Солигорск), на кото- ром производится широкая номенклатура отливок, в том числе из низколегированной стали 35ХМЛ . Опытные плавки стали проводили в дуговой электропечи емкостью 6 т с основной футеров- кой . Расчетное количество лигатуры вводили в состав металлозавалки с учетом доли легиро- ванного возврата . Всего было проведено десять плавок и изготовлено порядка 30 т отливок (в про- ведении опытных плавок принимали участие Г . В . Павлович и М . Г . Цыценя) . Обобщенные ре- зультаты опытных плавок низколегированной стали представлены на рис . 2 . Установлено, что использование молибденсодержащей лигатуры, полученной по разработанной технологии, по- зволяет стабильно легировать сталь, при этом степень усвоения молибдена в зависимости от величины добавки составляет 70 – 95 % . По результатам промышленных плавок было сделано заключение о целесообразности примене- ния разработанной лигатуры взамен ферромолиб- дена, поставляемого по импорту . Выводы 1 . Предложен способ получения лигатур на основе тугоплавких металлов, позволяющий прак- тически полностью исключить энергозатраты на ее производство . 2 . На основании термодинамических расчетов термичности подобраны составы смесей для плав- ки молибденсодержащей лигатуры, обеспечиваю- щие протекание процесса алюминотермического восстановления без внешнего подогрева . 3 . Установлено, что металлургический выход лигатуры зависит от интенсивности протекания восстановительных реакций . При правильном под- боре компонентов смеси металлургический выход лигатуры ферромолибдена составляет 97%, при этом содержание молибдена находится в пределах 50–55%, что соответствует расчетным данным . Рис . 1 . Общий вид молибденсодержащей лигатуры Рис . 2 . Взаимосвязь величины добавки лигатуры и степени усвоения молибдена при выплавке стали 35ХМЛ в дуговой печи Т а б л и ц а 2 . Результаты исследований химического состава образцов лигатуры Номер образца Al, % Si, % Mn, % Fe, % Cu, % Mo, % 1 6,08 4,73 0,30 32,78 0,23 54,05 2 4,50 6,92 0,25 34,37 0,09 53,88 3 6,04 6,55 0,15 33,23 0,26 53,77 4 5,91 7,12 0,25 32,09 0,16 54,46 5 5,37 4,76 0,17 39,47 0,23 50,00 6 5,94 7,46 0,11 31,52 0,17 54,80 94 / 2 (75), 2014 4 . В лабораторных условиях отработана техно- логия получения лигатуры, изготовлена опытная партия, проведены ее промышленные испытания при выплавке низколегированной стали 35ХМЛ и получены положительные результаты по эффек- тивности применения разработанной лигатуры . Литература 1 . К а з а ч к о в Е . А . Расчеты по теории металлургических процессов . М .: Металлургия, 1988 . 2 . С л у ц к и й А . Г ., К а л и н и ч е н к о А . С ., Ш е й н е р т В . А ., Ш у л ь г а А . В . Особенности процесса восстановле- ния молибдена при получении легирующих присадок // Металлургия: Республ . межвед . сб . науч . тр . Минск: БНТУ, 2013 . Вып . 34 . Ч . 1 . С . 102–108 . 3 . Д у б р о в и н А . С . Металлотермия специальных сплавов . Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2002 . 4 . С л у ц к и й А . Г ., К а л и н и ч е н к о А . С ., Ш е й н е р т В . А . Исследование процесса получения молибденсодержа- щей лигатуры методом внепечной металлургии // Наука и техника . 2012 . № 4 . С . 13–17 .