Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в народном хозяйстве находят широкое применение карбиды титана, что связано с высокой эффективностью использования их в различных отраслях техники. Перспективно производство карбидов титана для металлообрабатывающей промышленности, для создания композиции, работающих при высоких температурах и в качестве заменителей сплавов на основе дефицитного карбида вольфрама; освоено изготовление алмазно-абразивных паст с использованием карбида в качестве наполнителя. Карбидизированныи титан также может применяться для приготовления специальных сталей и титановых сплавов. При этом сокращается расход дорогостоящих и дефицитных материалов. Существующие методы характеризуются рядом недостатков (низкая производительность аппаратуры, необходимость сложных подготовительных операции).
Учитывая вышесказанное, а также необходимость решения вопроса расширения выпуска продукции для народного хозяйства на предприятиях металлургической промышленности в условиях конверсии, работа представляется актуальной.
Цель работы - создание новых высокопроизводительных методов получения карбида титана на базе титано-магниевого производства. Изучение физико-химических характеристик полученного карбида титана. Опытно-промышленная проверка разработанной технологии и опробование полученных продуктов у потребителей.
Методика исследовании. При проведении экспериментов применялись химический, спектральный, рентгеноструктурный методы, использовался электронно-зондовый микроанализатор. Распределение примесей в карбидах изучалось с помощью стабильных изотопов. Для исследования механизма и технологии процессов карбидизации разработаны оригинальные лабораторные установки. Расчеты полученных закономерностей проводились с помощью графических и аналитических методов.
Научная новизна. Определены кинетические характеристики магниетермического процесса восстановления смеси тетрахло-
ридов титана и углерода, а также карбидизации металлического титана в расплаве низших хлоридов титана. Предложен механизм процесса образования карбидов титана при совместном восстановлении смеси тетрахлоридов. Показано, что при магниетер-мическом восстановлении одновременно образуются элементарные частицы титана и углерода, обладающие активной, лишенной примесей поверхностью, вследствие чего энергично протекает прямой синтез карбида титана. Установлено, что карбидизации металлического титана сажистым углеродом в расплаве хлоридов титана осуществляется при помощи транспортных реакции.
Определены основные закономерности кристаллизации титановых порошков при восстановлении хлоридов титана различными модификациями твердого магния. Изучена тонкая структура образующегося карбида титана и определено распределение примесей в его зернах. При помощи "меченых" атомов исследован механизм очистки от кислорода исходных компонентов, а также поведение примесей при получении порошков титана и карбидов.
Практическая ценность. Разработаны'технологические схемы получения карбида титана, которые базируются на использовании аппаратуры промышленного производства губчатого титана и применении промпродуктов. Определены основные технологические параметры процессов магниетермического восстановления тетрахлоридов титана и углерода, карбидизации отсевов губчатого титана в расплаве хлоридов, получения карбидизиро-вапных и титановых порошков и использования их для синтеза карбида титана.
В опытно-промышленных условиях получены партии карбида титана, которые опробованы у потребителей.
Ожидаемый экономический эффект при получении магние-термическйх':п6рошков, используемых в производстве карбида титана, составляет 1105 тыс.руб. (в ценах 1988 г.).
На защиту выносятся следующие положения:
1. Результаты экспериментальных исследований процессов образования карбида титана при магниетермическом восстановлении смеси хлоридов титана и углерода; термодинамические
расчеты и кинетические характеристики процессов восстановления хлоридов и их смесей; особенности формирования карбида титана и протекания вторичных процессов, связанных с разложением тетрахлорида углерода; оптимизация технологических параметров.
-
Установление закономерностей карбидизации металлического титана в расплаве хлоридов; определение фазового состава и тонкой структуры карбидизированного титана; выявление решающей роли протекания транспортных реакций с участием субхлоридов титана и использование их в замкнутом цикле; определение условии карбидизации металлического титана с точки зрения достижения максимального выхода порошковых фракции.
-
Разработанные элементы технологии получения магние-термичееких порошков титана и синтеза на их основе карбида титана; выявление с помощью стабильных изотопов основных закономерностей очистки промпродуктов - магния и отработанного электролита, и кристаллизации титановых порошков с заданными физико-химическими характеристиками; определение режимов подготовки исходной шихты на основе магниетермичее-ких и карбидизированных порошков титана и синтеза карбида титана.
-
Испытание аппаратурпо-технолсгнческой схемы производства опытно-промышленных партий карбида титана с использованием в замкнутом цикле продуктов титана-магниевого производства.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены на конференции "Получение новых модификаторов, легирующих, тугоплавких, абразивных и других специальных материалов и их применение в промышленности", Челябинск, 1983г.; на 1 Всесоюзном симпозиуме "Макроскопическая кинетика и химическая газодинамика", Алма-Ата, 1984 г. и на международном симпозиуме "Проблемы комплексного использования руд", Санкт-Петербург, 1994 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 129 страница машинописного текста, содержит 22 рисунка и 84 таблицы. Она состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (62 наименования).