«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»

 
152 
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
 
силикомарганца.  Для  их  производства  используют  высокосортные  материалы: 
марганцевые руды и концентраты, кварцит, известь, кокс, бокситы, криолит и др., а для 
получения 
марганцевых 
концентратов, 
кокса, 
алюминия 
существуют 
специализированные  трудоемкие  производства  с  затратой  энергии,  сырых  и 
вспомогательных  материалов.  Алюминий  для  раскисления  стали  используется  в 
основном в виде вторичного, а на отдельных качественных марках стали для глубокой 
вытяжки  электролитический.  В  целом,  технология  производства  трех  основных 
раскислителей стали носит сложный, многостадийный характер  [2]. 
Марганцевые  руды  можно  рассматривать  как  комплексное  сырье,  содержащее 
марганец, кремний и алюминий – основные элементы - раскислители, применяемые в 
производстве  стали.  При  полном  восстановлении  всех  оксидов  руды  (бесшлаковым 
способом) получаются сплавы алюмосиликомарганца, которые при раскислении стали 
заменяют    ферромарганец,  ферросилиций  и  алюминий,  производимые  из 
высокосортного сырья. Бесшлаковый высокотемпературный процесс решает еще одну 
проблему – снизить содержание фосфора в металле за счет его более полного удаления 
с  газовой  фазой  и  меньшего  расхода  руды  на 1 т  получаемого  сплава.  При  таком 
подходе  к  оценке  марганцевых  руд  повышенное  количество  в  руде  кремнезема, 
глинозема  и  пониженное – марганца  не  обуславливают  ее  низкое  качество  и 
непригодность  для    металлургического  передела  без  обогащения.  Повышенная 
зольность каменных углей, в частности Экибастузского и Борлинского месторождений 
вследствие высоких содержаний кремния и алюминия, также не является препятствием 
к  их  использованию  для  выплавки  алюмосиликомарганца.  В  производстве  алюмок-
ремнистых  сплавов  углетермическим  способом  использование  высокозольных  углей 
целесообразно, так как они представляют собой моношихту, содержащую и оксиды (в 
основном  кремния  и  алюминия),  и  углерод.  Для  производства  указанного  сплава 
пригодны  бедные  марганцевые  руды,  а  также  низкосортные  концентраты,  не 
используемые  при  производстве  ферросплавов  и  шламы  (содержащие  до 13% мар-
ганца),  накопленные  в  отвалах  в  значительном  количестве.  Технология  выплавки 
алюмосиликомарганца из марганцевых руд и высокозольного угля имеет достоинства: 
она представляет собой один передел – плавку необогащенных марганцевых руд, т. е. 
его производство уменьшает расход высокосортных руд, создает экономию на стадиях 
обогащениия  и  окомкования,  а  применение  в  качестве  раскислителя  стали  позволит 
заменить ферросплавы (ферромарганец, силикомарганец и ферросилиций) и алюминий. 
Одна  из  особенностей  данной  технологии – возможность  восстановления  кремния  и 
алюминия из оксидов пустой породы руды и золы восстановителя. 
В  условиях  Химико-металлургического  института  были  проведены  крупно-
лабораторные  испытания  по  выплавке  комплексного  сплава  алюмосиликомарганца  из 
марганцевой руды месторождения «Западный Камыс», высокозольных экибастузских и 
борлинских углей, а также кварцита месторождения «Тектурмас» в рудно-термической 
печи  мощностью 200 кВА [3]. На  стадии  металлургического  опробования  технологии 
выплавки  комплексного  сплава  алюмосиликомарганца  были  проведены  четыре 
кампании  с  различными  шихтовыми  материалами  и  их  соотношениями,  в  каждой 
кампании были опробованы по 2-3 варианта состава шихты.  
Основной  задачей  исследований  было  осуществление  полного  восстановления 
всех  окислов  шихты,  состоявшей  из  марганецсодержащего  сырья  и  высокозольного 
угля при непрерывном устойчивом легко регулируемом бесшлаковом процессе. Плавку 
вели  непрерывным  способом,  с  загрузкой  шихты  небольшими  порциями  по  мере 
усадки колошника. Шихтовые материалы загружали вокруг электрода с поддержанием 
конуса.  Сплав  выпускали  в  чугунные  изложницы  расположенные  каскадом 4 раз  в 
смену.  Металл  каждого  выпуска  взвешивали,  после  чего  отбирали  пробы  от  каждого 
выпуска  (от  слитка)  на  химический  анализ.  Наилучшие  результаты  были  получены  в 
четвертой кампании при использовании марганцевой руды Западный Камыс и углистой 

 
153 
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
породы  месторождения  Борлы.  За  кампанию  было  израсходовано  следующее 
количество шихтовых материалов, кг: углистой породы – 485; руды – 92 и кварцита – 
13. Средний химический состав сплава за кампанию по периодам приведен в таблице 1. 
 
Таблица 1 - Средний химический состав сплава за четвертую кампанию по периодам 
 
Вариант плавок 
 
Si Al Mn P  Fe 
I 40,55 
16,33 
21 
0,03 
остальное 
II 39,13 
20,52 
17,81 
0,03 
остальное 
III 35,4 
28,46 
13,46 
0,03 
остальное 
Оптимальный  
итоговый 
38,46 19,81 19,01 0,03 остальное 
 
Анализ 
и 
обработка 
данных 
четырех 
кампаний 
по 
выплавке 
алюмосиликомарганца  позволили  выявить  зависимость  содержания  алюминия, 
кремния  и  марганца  в  конечном  сплаве  от  отношений (Mn+Fe+SiO
2
+Al
2
O
3
)/С
тв
  и 
Mn/(Mn+Fe+SiO
2
+Al
2
O
3
) в исходной шихте (рисунки 1 и 2). 
 
Рисунок 1 – Зависимость содержания кремния, марганца и алюминия в сплаве от 
отношения (Mn+Fe+SiO
2
+Al
2
O
3
)/С
тв
 в шихте 
 
 
Рисунок 2 – Зависимость содержания кремния, марганца и алюминия в сплаве от 
отношения Mn/(Mn+Fe+SiO
2
+Al
2
O
3
) в шихте 

 
154 
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
 
Полученные  зависимости  с  высокой  степенью  корреляции  описываются 
следующими полиноминальными и экспоненциальными уравнениями: 
Уравнения R 
Y
Si
 = -5,405 x
1
2
 + 28,62 x
1
 + 3,195 
0,9042 
Y
Al
 = 2,713 x
1
2
 + -25,576 x
1
 + 61,029 
0,9065 
Y
Mn
 = 3,5918 x
1
2
 + -6,0204 x
1
 + 14,914 
0,9102 
Y
Si+Al 
=  2,69 x
1
2
 + 3,047 x
1
 + 64,22 
0,9309 
Y
Si
 = -113,74 x
2
2
 + 62,396 x
2
 + 32,558 
0,9179 
Y
Al 
= 26,786 e 
-4,5394 x
2
 0,6929 
Y
Mn
 = -142,58 x
2
2
 + 160,92 x
2
 + 4,6555 
0,9534 
Y
Si+Al
 = 64,62 e 
-1,1585x
2
 0,7634 
X
1
 - Соотношение (Mn+Fe+SiO
2
+Al
2
O
3
)/С
тв
 
X
2
 - Соотношение Mn/(Mn+Fe+SiO
2
+Al
2
O
3
) 
 
Данные уравнения получены для шихтовых материалов при содержании марганца 
в  пределах 18-25% и  кремнезема 35-45% в  марганцевой  руде  и  в  пределах  зольности 
40-50% и содержания Al
2
O
3
 в золе 20-35% углистой породы. 
Таким образом, за четыре кампании крупно-лабораторных испытаний технологии 
выплавки  комплексного  ферросплава  алюмосиликомарганца  была  установлена 
принципиальная  возможность  получения  нового  вида  комплексного  сплава,  по 
химическому составу отличающегося повышенным содержанием алюминия (до 35%) и 
низким  фосфора (0,03%) из  дешевого  сырья,  относящегося  к  техногенным  отходам: 
высокозольной  углистой  породы  Борлинского  месторождения  и  высококремнистой 
марганцевой  руды  месторождения  Западный  Камыс.  Разработанная  комплексная  и 
ресурсосберегающая  технология  позволяет  получать  новый  вид    продукта  в  виде 
кремний-алюминий-марганцевого  ферросплава,  который  удовлетворяет  требованиям, 
предъявляемым в сталеплавильной промышленности, а также в производстве средне- и 
низкоуглеродистых марок ферромарганца. 
 
Литература 
1.  Г.В. Медведев, Т.Д. Такенов. Сплав АМС.-Алма-Ата, «Наука» КазССР, 1979.-140 с. 
2.  М.И.  Друинский,  В.И.  Жучков.  Получение  комплексных  ферросплавов  из 
минерального сырья Казахстана.-Алма-Ата, «Наука», 1988.-208 с. 
3.  Мухамбетгалиев  Е.К.,  Байсанов  С.О.,  Байсанов  А.С.  и  др.  Опыт  получения 
марганецсодержащего  кремнеалюминиевого  сплава  с  повышенным  содержанием 
алюминия // Тр. III Межд. конф. – Темиртау 2010. – С. 11-12. 
 
 
СТРОЕНИЕ РЕАКЦИОННОГО ТИГЛЯ ПРИ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЙ 
ВЫПЛАВКЕ ФЕРРОСИЛИЦИЯ  
 
А.С.Колесников 
 
Южно-Казахстанский государственный университет им. М.О. Ауезова 
 
Важной  технологической  характеристикой  электротермических  процессов 
является  строение  реакционного  тигля,  которое  определяет  степень  разделения 
конденсированных продуктов от компонентов шихты, а также режимом электроплавки. 
В  работе  приводятся  результаты  по  определению  строения  тигля  при 

 
155 
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
электротермической  выплавке  ферросилиция  из  клинкеров  вельцевания  ЗАО 
"Южполиметалл" [1]. Электроплавку шихты проводили с использованием графитовых 
тиглей  диаметром 15см.  Марка  ферросилиция  определялась  стандартным 
пикнометрическим  методом  с  пробой  в 100 г,  помещаемой  в  прибор,  наполненный 
керосином [2]. Разрезы тиглей фотографировались. 
 На  рисунке 1 приведена  фотография  разреза  тигля,  полученного  после 
электроплавки шихты, не содержащей  кокс и кварцит. Как следует из фотографии, в 
реакционном тигле хорошо просматриваются металлизированная фаза, шлаковая фаза 
и  верхний  слой  с  вкраплениями  кокса.  Необходимо  отметить,  что  электроплавка 
клинкера  сопровождалась  кипением  расплава.  Однако  электрический  режим  был 
относительно  стабильным  с  колебанием  тока  на 5-8%. Полученный  при  этом 
ферросилиций соответствовал марке ФС-20 и содержал 21,4% кремния. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
На  рисунке 2 приведена  фотография  разреза  тигля,  полученного  при  плавке 
шихты  содержащей 91,4% клинкера, 4,9% кварцита  и 3,7% кокса.  Как  следует  из 
рисунка,  в реакционном тигле наблюдается разделение фаз   между 
шлаком 
и 
металлизированной фазой. В верхней части фаза содержала вкрапления углерода. При 
электроплавке  наблюдалось  кипение – разбрызгивание  расплава.  Расплав  обладал 
низкой вязкостью. После расплавления шихты  наблюдались колебания тока на 8-12%. 
Полученный ферросилиций соответствовал марке ФС-25 и содержал 26,7% кремния. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
На  рисунке 3 приведена  фотография  разреза  тигля,  полученного  при 
электроплавке  шихты,  состоящей  из 93% клинкера, 5,1% кварцита  и 1,5% кокса.  Как 
следует  из  рисунка,  в  реакционном  тигле  происходит  удовлетворительное 
расплавление  металлизированной    фазы  от        шлака              и  не      прореагировавшей    
шихты,  в          которой      имеются      вкрапления      кокса.  Вся  шихта  при  электроплавке 
находилась  в  расплавленном  состоянии.  При  плавке  наблюдались  выплески  расплава. 
Колебания тока составляли 10-18%. Полученный ферросилиций содержал 21,8% Si, т.е. 
соответствовал марке ФС-20. 
Рисунок 1- Фотография разреза тигля 
при электроплавке клинкера 
вельцевания в отсутствии кварцита и 
кокса 
Рисунок 2- Фотография разреза тигля 
при электроплавке шихты состоящей из 
91% клинкера, 4,9% кварцита, 
3,7% кокса 
Рисунок 3- Фотография разреза тигля 
при электроплавке шихты, состоящей 
из 93% клинкера, 5,1% кварцита, 1,9% 
кокса 
Рисунок 4- Фотография разреза тигля 
при электроплавке шихты, состоящей 
из 88,6% клинкера, 9,6% кварцита, 
1,8% кокса 

 
156 
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
 
На рисунке 4 приведена фотография разреза тигля, полученной при электроплавке 
шихты содержащей 88,6% клинкера, 1,8% кокса и 9,6% кварцита. Как и в предыдущих 
случаях наблюдается удовлетворительное расслаивание в ванне на металлизированную 
фазу, шлак и верхний слой. При электроплавке наблюдалось выплескивание расплава. 
Электрический  режим  был  мало  стабильным,  чем  в  предыдущих  случаях  с 
колебаниями тока 15-20%. Полученный ферросилиций содержал 31,6% Si. 
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Практически  подобная  картина  наблюдалась  и  при  электроплавке  шихты 
содержащей 44% клинкера, 47% кварцита  и 9% кокса  (шихта  была  составлена  на 
получение  ферросилиция  с  содержанием  кремния 70%). Колебания  тока  были  до 85-
90%.  Печь  работала  в  прерывном  дуговом  режиме.  Верхний  слой  шихты  трудно 
поддавался  усадке  при  продавливании  шихты  шуровочным  зондом.  Расслаивание 
шлака  от  шихты  было  неудовлетворительным.  При  электроплавке  был  получен 
ферросилиций с содержанием только 31,6% кремния. 
Таким  образом,  тигельные  плавки  клинкера  вельцевания  в  электропечи 
показали,  что  устойчивый  режим  процесса  наблюдается  при  плавке  шихты  на 
ферросилиций  марок  ФС-20  и  ФС-25.  В  остальных  случаях  (при  попытке  получения 
ферросилиция более высоких марок) наблюдается ухудшение электрического режима, 
развитие  дугового  разряда  в  печи,  которые  не  обеспечивают  получение 
прогнозируемой марки. Поэтому для проведения укрупненно-лабораторных опытов по 
электроплавке  клинкера  вельцевания  в  непрерывном  режиме  рекомендуются  шихты, 
обеспечивающие получение ферросилиция марок ФС-20 и ФС-25. 
1)  Не содержащая кокс: 
– Клинкер 100% ; клинкер 91-93%, кварцит 7-9% 
2)  Не содержащая кварцит: 
– Клинкер 96,2%. Кокс –3,8%. 
3) Содержащая кварцит и кокс: 
– Клинкер 90,9-91,7%, кварцит 4,6–7,2%, кокс 1,9–3,7% 
Кроме  этого  необходима  дополнительная  проверка  возможности  получения 
ферросилиция марки ФС45 в непрерывном режиме при работе с закрытым колошником 
и отработкой режима загрузки шихты и слива шлака, ферросилиция. 
 
Необходимо  отметить,  что  при  электроплавке  практически  весь  цинк  на 99,1-
99,8%  перешел  в  возгоны.  Содержание  его  в  ферросилиции  составило 0,005-0,007%. 
Медь преимущественно (на 70-80%) переходит в ферросилиций, однако концентрация 
ее  в  ферросилиции  не  превышает 0,15-0,22 %. Свинец  на 98,3-99,6% переходит  в 
возгоны.  Концентрация  его  в  ферросилиции  не  превышает  0,002%. По  содержанию 
цветных металлов полученный ферросилиций близок к промышленным маркам [3]. 
 
 
Рисунок 5- Фотография разреза тигля 
при электроплавке шихты, состоящей 
из 75% клинкера, 18% кварцита, 7% 
кокса 
Рисунок 6- Фотография разреза тигля 
при электроплавке шихты, состоящей 
из 44% клинкера, 40% кварцита, 16% 
кокса 

 
157 
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
Литература 
1.  Капсалямов Б.А., Шевко В.М., Колесников А.С. Исследование процесса получения 
ферросплавов  из  отходов  обогащения  и  металлургии // Тр.  Межд.  науч.-практ. 
конф. “Проблемы  науки,  образования  и  устойчивого  социально-экономического 
развития общества в начале XXI века”.- Шымкент, 2003, том. 11., с 92-93. 
2.  Дымов А.М. Технический анализ руд и металлов. М:Металургия. 1949.-483с. 
3.  Емлин  Б.  И.,  Гасик  М.  И.  Справочник  по  электротермическим  процессам.-  М.: 
Металлургия, 1978.- 288с. 
 
 
 
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ  И СОСТАВА ЭЛЕКТРОЛИТА   
НА МИКРОСТРУКТУРУ  НАНО-КОМПОЗИЦИОННЫХ 
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ ПОКРЫТИИ Cr-SiO
2
 -C 
 
М.А.Калипекова  
  
АО «Центр наук о земле, металлургии и обогащения» 
 
Свойства  нанокомпозиционных  систем  существенно  зависят  не  только  от 
природы, дисперсности и количества дисперсной фазы, введенной в электролит, но и от 
характеристик  металлической  матрицы,  в  нашем  случае,  электролитического  хрома. 
Поэтому  для  полной  характеристики  нанокомпозиционных  электролитических 
покрытий  (нано-КЭП)  необходимо  детальное  изучение  свойств  хромовой  матрицы, 
которая  может  быть  весьма  разнообразной  в  зависимости  от  состава  электролита, 
параметров электроосаждения.  
В связи с этим  цели настоящей работы является исследование влияния температуры  и 
состава  электролита    на  микроструктуру    нанокомпозиционных  электролитических 
покрытии Cr-SiO
2
 –C. 
Для изучения параметров электроосаждения нами был использован электролит, состав 
которого приведен таблица 1.  
 
Таблица 1-  Состав электролита 
Наименование 
составляющих 
Химическая формула 
Концентрация С, 10
3
кг/м
3
 
Хромовый ангидрид 
Серная кислота 
Диоксид кремния  
Сажа ламповая 
CrO
3
 
H
2
 SO
4
 
SiO
2
  
С 
250 
2-3 
0-20 
0-20 
 
Изучаемый диапазон температур от 303-343К,  плотность тока 2-7 кА/м
2
.  
Всего было получено 270  образцов хромовых нано-КЭП, нанесенных на стандартные 
купоны из Стали 3. Размеры купонов (25х75х3)мм
3
. Выбор размеров и формы купонов 
диктовались  условиями  их  последующего  испытания  в  лабораторных,  стендовых  и 
производственных  условиях  и  в  коррозионно-активных  средах.  Изменение 
концентрации дисперсной фазы в электролите проводили с шагом 2 г/л.  
На  рисунках 1-8 представлена  оптическая  металлография  образцов  нано-КЭП, 
полученных  из  электролита,  содержащего 4 г/л  сажи  ламповой  и  16 г/л  диоксида 
кремния при разных температурах электролиза и плотностях тока 2 кА/м
2
 (рис. 1-2), 3 
кА/м
2
 (рисунки 3-4) и 4 кА/м
2
 (рисунки 5-6).  
Сравнение  микроструктуры  нано-КЭП,  полученных  при  различных  плотностях 
тока показывает, что с увеличением плотности тока образование пузырьков начиная с 

 
158 
«Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане»
 
плотности  тока 4 кА/м
2
  значительно  уменьшается  и  с  дальнейшим  повышением 
исчезает совсем.  
 
303 К 313 
К 323 
К 
Рисунок 1 – Оптическая металлография нано-КЭП   (х1000) 
 
 
  333 К 
              343 К 
Рисунок 2 – Оптическая металлография нано-КЭП  (х1000) 
 
 
 
303 К 
313 К 
323 К 
 
Рисунок 3 – Оптическая металлография нано-КЭП  (х1000)

жүктеу/скачать 5,59 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: