Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА І. Плазменно - дуговые технологии переработки дисперсного минерального сырья
1.1. Современный уровень решения проблемы комплексной переработки минерального сырья 9
1.2. Плазменно - дуговые способы переработки дисперсных материалов ,Л2
1.3. Принципиальные схемы и классификация плазменных реакторных устройств 14
1.4. Проблемы создания плазменно-дуговых реакторов 24
ГЛАВА 2. Разработка технологии физико - механической обработки минерального сырья
2.1. Исследование и разработка принципов выбора минерального сырья 34
2.2. Обработка и исследования шлиховых концентратов из хвостов золотодобычи Нижнекуранахского месторождения 40
2.3. Обработка и исследование магнитного шлиха безалмазных кимберлитовых хвостов трубки «Удачная» 44
ГЛАВА 3. Исследование электрических и газодинамических характеристик струйного плазмотрона и переработка техногенного сырья
3.1. Принципиальная схема экспериментальной установки. Конструкции и характеристики плазмотронов 53
3.2. Экспериментальные исследования параметров плазменной струи 61
3.3. Исследование эрозии выходного электрода - анода 67
3.4. Взаимодействие дисперсных частиц с высокотемпературным газовым потоком 74
3.5. Обсуждение результатов исследований по переработке промышленных отходов.
3.5.1. Результаты переработки отходов электронной промышленности 96
3.5.2. Результаты переработки магнетитовых шлихов из хвостов золотодобывающей промышленности 98
ГЛАВА 4. Разработка и исследование технологических характеристик плазменно-дуговых реакторов прямого действия и переработка минерального сырья
4.1. Разработка и исследование реактора с аргоновым плазмотроном 102
4.2. Разработка и исследование реакторов с графитовыми электродами 111
4.3. Расчет удельных энергозатрат на рассплавление шлиховых концентратов и определение количества восстановителей 118
4.4. Обсуждение и анализ полученных результатов 122
4.5. Оценка удельных энергозатрат 131
Заключение 136
Библиографический список использованной литературы.. 139
Приложения 147
- Принципиальные схемы и классификация плазменных реакторных устройств
- Обработка и исследование магнитного шлиха безалмазных кимберлитовых хвостов трубки «Удачная»
- Взаимодействие дисперсных частиц с высокотемпературным газовым потоком
- Расчет удельных энергозатрат на рассплавление шлиховых концентратов и определение количества восстановителей
Введение к работе
Стратегическим направлением материаловедения является создание новых высокоэффективных материалов, обладающих повышенными физико-химическими и эксплуатационными свойствами, а также разработка экологически чистых, ресурсосберегающих, экономичных технологий их получения. Своеобразным дополнительным ресурсом ряда полезных ископаемых становятся накопленные в отвалах «пустые» горные породы, шлаки, шламы и хвосты горных, горно-обогатительных и топливно-энергетических предприятий. При всех существующих способах добычи и обогащения объемы отходов весьма значительны. Ежегодно в отвалы и хвостохранилища складируются порядка 9-10 млрд т пород и отходов, значительная часть которых могла бы уже сегодня или в ближайшем будущем использоваться для доизвлечения различных полезных компонентов. Процесс накопления горных масс продолжается столько, сколько существует горная промышленность; обратный процесс утилизации данных ресурсов происходит в несравненно меньших масштабах. Всего к настоящему времени в отвалах горнодобывающих и перерабатывающих предприятий скопилось около 60 млрд. т. вскрышных и скальных пород и твердых отходов. В силу происходящих процессов выветривания значительная часть, вероятно, уже утратила свою первоначальную ценность.
Возможности эффективного использования отходов в каждом отдельном случае определяются, с одной стороны, разработанностью соответствующих технологий, а с другой - экономической их эффективностью. В свою очередь, эта последняя во многом зависит от наличия спроса потребителей от мест наличия отвалов.
Новым направлением в области легирования сплавов и покрытий при традиционных способах электрической сварки, наплавки и переплава является создание высокоэффективных сварочных материалов с комплексным
использованием многокомпонентного минерального сырья, содержащего оксиды легирующих элементов, без его глубокой переработки. Работы ведущих материаловедов в области комплексного использования сырья позволили получить ряд обнадеживающих результатов (Н.П.Лякишева, Г.П.Швейкина, Ю.В.Цветкова, В.А.Резниченко, Г.В. Самсонова, А.Д.Верхотурова, И.А.Подчерняевой и др.),
Исследования процессов, происходящих при повышении качества и улучшении свойств металла, представлены в работах Е.О.Патона, И.П.Бардина, А.А.Байкова, М.А.Павлова, А.М.Самарина и др.
Разработка высокоинтенсивных технологических процессов,
обеспечивающих при минимальных затратах перерабатывать сложные
комплексные руды и многообразные отходы горнодобывающего производства
становится актуальной задачей. В этом аспекте плазменная технология
благодаря своей универсальности имеет большие перспективы. Основными
преимуществами плазменной технологии являются высокие скорости и высокая
производительность химических процессов; малые габариты технологического
оборудования; возможность использования дешевого
трудноперерабатываемого и широкодоступного сырья; малостадийность процессов; простота управления технологическим процессом.
Работа выполнялась в рамках НИР 1.11.1.10 №гос.рег. 019600076604 и 01.2.01.4054 №гос.рег.01.2.00104054, проекта РФФИ 00-02-96206 Р98Арктика, а также х/д 25/95 «Разработка технологии плазменной плавки втордрагметаллов», х/д 1/92 «Разработка технологического регламента плазменной плавки лома черных металлов».
Цель работы исследование и разработка плазменно-дуговых устройств и на их основе технологий комплексной переработки минерального техногенного сырья для получения материалов различного назначения.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
Минералогический и химический анализ ряда месторождений полезных ископаемых и хвостовых отвалов горно-обогатительных предприятий республики Саха (Якутия) с целью выявления целесообразности их дальнейшей переработки для получения дополнительной продукции.
Исследования физико-механической обработки исходного сырья для целенаправленного его обогащения, а именно - ильменитовых и магнетитовых составляющих минерального сырья.
Исследования электрических и газодинамических характеристик плазменно-дуговых устройств, при переработке дисперсного минерального сырья. Определить рациональные режимы их работы, повышающие ресурс.
Разработка технологических схем переработки для конкретных составов сырья.
Научная новизна работы:
- определены рациональные режимы работы струйного секционного
плазмотрона, обеспечивающие стабильность горения дуги за счет раздельной
подачи плазмообразующего (азот, воздух) и защитного (аргон, пропан) газов,
что позволяет на один - два порядка снизить величину удельной эрозии сопла-
анода и тем самым довести его ресурс до 50-100 часов;
- расчетно-экспериментальным путем получены новые аналитические формулы
расчета геометрических параметров рабочих узлов плавильного плазмотрона
прямого действия, влияющих на его ресурс;
выведена расчетно-экспериментальная формула для оценки производительности получения расплава при омическом нагреве шихты;
- раскрыта целесообразность применения плазменно-дуговых способов
переработки титаномагнетитовых концентратов для получения наплавочных
материалов на основе боридов, карбидов железа и титана с одновременным
рафинированием по сере и фосфору.
Практическая значимость работы заключается в доизвлечении полезных компонентов из текущих отходов производства, накопленного малоценного и труднообогатимого сырья. Исследован минеральный и
химический состав хвостовых отвалов горно-обогатительных предприятий Якутии, речных отложений pp.Лена, Вилюй, Чара и определена возможность их использования для получения легирующих составов, порошков - сырья для электродного и наплавочного производства. Разработана технологическая схема для обогащения ильменитовых и магнетитовых составляющих минерального сырья. Обоснована перспективность ' применения плазменно-дуговых технологий для переработки сложных многокомпонентных концентратов и разработаны схемы реакторов, позволяющие выборочно создавать окислительные, восстановительные среды в зависимости от состава обрабатываемого материала и поставленных задач.
Вклад автора в проведенные исследования состоит в обосновании общей концепции работы, постановке задачи исследования и получении новых научных результатов, на базе которых разработаны схемы комплексной переработки техногенного и минерального сырья.
Основные положения, выносимые на защиту.
Результаты определения рациональных режимов работы струйного плазмотрона, обеспечивающих длительный ресурс.
Формулы расчета геометрических параметров рабочих узлов плавильного плазмотрона прямого действия, влияющих на его ресурс.
Расчетно-экспериментальная формула для оценки производительности получения расплава при омическом нагреве шихты.
Результаты исследований применения плазмен но-дуговых устройств и технологий комплексной переработки многокомпонентных минеральных концентратов для получения сварочно-наплавочных материалов.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах ИФТПС СО РАН, региональном семинаре «Технология и качество сварки в условиях Севера» (Якутск, 1997), на Международной научной конференции «Металлургия XXI века: шаг в будущее» (Красноярск, 1998), на Международной конференции «Сварка и родственные технологии - в XXI век» (Киев, 1998), на 1-м Евразийском
s симпозиуме (Якутск, 2002), на научно-технической конференции сварщиков "Сварочные чтения. Теория и практика" (Санкт-Петербург, 2003), на Международной научно-технической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург, 2003), на республиканской научно-практической конференции «Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных ископаемых» (Якутск, 2003),
Публикации. Основное содержание работы отражено в 15 публикациях.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 147 страницах машинописного текста, включая 16 таблиц, 37 рисунков, список использованной литературы из 89 наименований и состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения.
Принципиальные схемы и классификация плазменных реакторных устройств
Плазменно-технологический аппарат или плазменное реакторное устройство - составная часть плазменной установки, которая, помимо него, включает системы электрического питания и поджига одного или нескольких плазмотронов, газо- и водоснабжения плазмотронов, реактора и закалочно разделительного устройства, контроля и регулирования параметров работы установки, устройства для подачи исходного сырья и сбора целевых продуктов процесса.
Наибольшее внимание уделяется исследованию, разработке и созданию различных конструкций специализированных и универсальных электродуговых генераторов низкотемпературной плазмы /9/. Результаты таких работ широко известны как из более ранних /10, 11/ , так и из новых публикаций /12,13/. По методу получения низкотемпературной плазмы существующие типы плазмотронов разделяют на две группы: электродуговые и безэлектродньге генераторы плазмы. К последним относят высокочастотные (ВЧ) и сверхвысокочастотные (СВЧ) плазмотроны и устройства для получения тлеющего разряда. Для реализации различных технологических процессов электродуговые плазмотроны постоянного и переменного тока получили достаточно широкое распространение. Основное преимущество электродуговых плазмотронов по сравнению с ВЧ и СВЧ плазмотронами состоит в большей единичной мощности одного устройства, что весьма важно при разработке многотоннажных плазмохимических процессов, в сравнительно простой схеме электропитания и регулирования параметров работы плазмотрона при обеспечении приемлемого ресурса его работы достаточно высоким термическим к.п.д.
Известно большое количество схем электродуговых плазмотронов, в связи с чем рассматриваются различные варианты их классификации по виду и фазовому состоянию плазмообразующего газа, способу обжатия дуги, способу охлаждения электродов и ряду других конструктивных особенностей.
Разработке и исследованию плазменных реакторов по сравнению с плазмотронами уделяется значительно меньше внимания. Известен ряд публикаций, где рассматриваются реакторные устройства различных типов, причем в большинстве случаев характеристики работы реактора представлены во взаимосвязи с технологическими параметрами конкретного процесса. Иными словами, каждый реактор разрабатывается под конкретный технологический процесс. Но, к сожалению, отсутствуют простые и надежные методы, позволяющие получить рекомендации по выбору схемы и типа реактора на стадии подготовки и начала экспериментальных исследований технологического процесса. В 191, очевидно, впервые была сделана попытка систематизировать известные сведения по плазменным реакторным устройствам. Предложено рассматривать два типа реакторных устройств: струйные и объемные, которые отличаются друг от друга характеристикой газодинамических режимов плазмы, поступающей в реакторное устройство из генераторов низкотемпературной плазмы.
В последнее время количество известных плазменных реакторных устройств, в том числе и для обработки дисперсных материалов, значительно увеличилось. В связи с этим далее будут представлены конструкции и режимы работы новых и наиболее оригинальных реакторных устройств для обработки дисперсных материалов, рассмотрены принципы их классификации.
Известные плазменные технологические процессы осуществляются в плазменных реакторных устройствах различных типов (рис. 1.1).
Как уже отмечалось, в /9/ было предложено рассматривать два типа плазменных реакторов: струйные и объемные, основное отличие которых друг от друга заключается в характеристике газодинамического режима плазмы. В реакторах струйного типа характер и структура плазменной струи, генерируемой в плазмотроне, в основном сохраняются и в реакторе. Струйные реакторы могут быть прямоточными (рис. 1.1, а) и работающими по схеме встречных струй (рис. 1.1, б), причем навстречу друг другу могут подаваться как струи плазмы и сырья, так и две плазменные струи. В последнем случае, так и в случае прямотока, сырье вводится перпендикулярно оси плазменных струй или другими способами. Здесь следует отметить спутно и встречно вихревой способы ввода сырья /14/. Ввод реагентов в каждом из этих случаев в зависимости от производительности реактора, вида и фазового состояния исходных компонентов и ряда других технологических факторов может осуществляться через одно, два или несколько отверстий, расположенных, как правило, вблизи от переднего среза реактора. Таким образом, передняя часть реактора представляет собой смеситель, т.е. устройство, где сырье вводится и перемешивается с плазменной струей. У крайнего (нижнего по потоку) среза реактора расположены отверстия для ввода закалочных агентов. Таким образом, конечная часть реактора переходит в закалочное устройство. Конструктивно возможно раздельное секционированное выполнение этих узлов смешения и закалки, а непосредственно сам реактор может быть цилиндрическим или коническим. При обработке дисперсных материалов в прямоточных реакторных устройствах в основном используется первый из способов ввода, т.е. когда струя холодного газа, транспортирующая дисперсный материал, вводится в реактор перпендикулярно оси плазменной струи. Выбор такой схемы ввода дисперсного материала определяется необходимостью ввода его в наиболее высокотемпературную зону плазменной струи. Иногда ввод дисперсного материала осуществляется не только под углом 90 к оси плазменной струи, но и под большим или меньшим углом. Во всех случаях главной задачей является выбор наиболее оптимальной траектории движения частиц дисперсного материала для обеспечения их наилучшего нагрева в плазменной струе.
Обработка и исследование магнитного шлиха безалмазных кимберлитовых хвостов трубки «Удачная»
Проба ТУД-1 была разделена на магнитном шлюзе, описанном выше. В результате соотношение исходной массы к массе выделенной на магнитном шлюзе фракции равно в среднем 1/6 (табл. 2.5.).
С увеличением крупности фракции выход магнитного концентрата уменьшается. Например соотношение магнитного и немагнитного компонентов во фракции менее 0,2 мм составляет 1 / 6, а во фракциях от 0,2 до 1,0 мм — от 1:3 до 1:6, а во фракциях 1-2 и 2-5 мм это соотношение растет от 1:9 до 1:32. Это можно объяснить тем, что в крупной фракции (более 1-2 мм) многие магнитные минералы находятся в срастании с легкими минералами (доломит и кальцит) и поэтому легко уходят в легкую немагнитную фракцию. Далее, е целью более чистого извлечения магнетита и ильменита, небольшие навески проб были обработаны на ручном электромагнитном сепараторе. Были выделены магнитная, сильно электромагнитная, слабо электромагнитная и неэлектромагнитная фракции. В выделенных фракциях определялся минералогический состав, в особенности, магнетита, ильменита и граната. В магнитной фракции концентрируется преимущественно (более 90 % от массы фракции) титаномагнетит с небольшой примесью магнитного ильменита, в малых долях (менее 0,1 %) отмечается магнитный сульфид - пирротин. В сильно электромагнитную фракцию попадают в основном ильменит (около 90-95 %), а также гранаты, и пироксены, реже сульфиды. В слабо электромагнитной фракции увеличивается доля гранатов, оливинов и пироксенов (до 20-50%). В неэлектромагнитной фракции остаются в основном оливин, доломит, кальцит, реже немагнитный ильменит и сульфиды (халькопирит, пирит). Соотношение минералов варьирует в зависимости от размерности фракций и степени обогащенности проб.
Весовые и процентные соотношения этих фракций приведены в следующей таблице (табл. 2.6.). В фракциях 0,2-0,5 мм пробы ТУД-1 (после магнитного шлюза) выход магнитной и электромагнитной фракций составляет 60-70 вес. %.
В пробе ТУД-2 выход магнитной и электромагнитной фракций составляет всего 30 вес. %. Данная проба представляет собой концентрат с диаметром зерен менее 0,5 мм. Часть этой пробы была разделена на магнитную, сильно-, слабо- и неэлектромагнитную фракции, которые составляли соответственно 21,9, 12 и 58 % от общей массы разделенной пробы.
В этой пробе отмечается очень высокая доля (примерно 90 % от общего объема) обломков доломита с мелкой сыпью черных рудных минералов (магнетита и ильменита), которые в зависимости от степени насыщенности рудными минералами попадают, как в магнитную, так и в разные электромагнитные фракции. Обогащенность пробы доломитом - легким минералом, вероятно, объясняется плохим обогащением хвостов на магнитном шлюзе (таблица 2.8.).
Результаты спектрального анализа фракций (размер 0,25-0,5 мм) ТУД-1 различной магнитной восприимчивости показывает, что магнитная фракция обогащена оксидом железа, а электромагнитная окислами титана и железа (табл. 2.7.) /34,35/.
В пробе ТУД-1 слабо электромагнитной фракции увеличивается доля кремнезема, глинозема и окиси кальция, что обусловлено гранатами. В неэлектромагнитной тяжелой фракции резко возрастает доля серы и фосфора, что связано с увеличением в ней сульфидов и апатита.
Также следует отметить присутствие в данных пробах редкоземельных элементов. Были рассмотрены элементы цериевой группы. Результаты показаны в таблице 2.9.
В результате показано примерное содержание редкоземельных металлов цериевой группы (лантана, церия, празеодима, неодима, самария, европия). В пересчёте на сумму триоксидов редких земель (ETR2O3) наибольшим содержанием является проба неэлектромагнитной составляющей 0,0693%, содержания NbjOs - 0,0006%, содержания УгОэ - 0,00046%, так как отмечается повышенное содержание монацита. Наибольшим содержанием платины является проба слабоэлектромагнитной фракции.
На микрозондовом анализаторе Камебакс-Микро были изучены составы окисно-рудных минералов из магнитной и сильноэлектромагнитной фракций. Основными минералами являются ильменит и титаномагнетит, реже встречается хромит (табл.2.10.). Ильмениты из электромагнитной фракции отличаются от магнитных ильменитов более низкой железистостью, марганцовистостью, хромистостью, но высокой магнезиальностью. По данным микрозондового анализа в изученных ильменитах в пределах чувствительности данного анализа (порядка 0,1-0,3%) не обнаружена примесь ниобия.
Взаимодействие дисперсных частиц с высокотемпературным газовым потоком
Для оценки прогрева дисперсного материала в струе плазмы следует рассмотреть вопрос о взаимодействии частиц порошка с газовым потоком на срезе сопла.
После ввода порошка в струю плазмы частицы порошка под действием скоростного напора начинают перемещаться с возрастающей скоростью, одновременно при этом разогреваясь. Скорость струи плазмы за срезом сопла из-за сопротивления окружающего воздуха и охлаждения уменьшается и на некотором расстоянии от сопла скорости частиц и потока плазмы становятся одинаковыми. Затем вследствии продолжающегося быстрого торможения струи и большой инерции частиц, его скорость окажется ниже скорости частиц. Таким образом, скорости частиц относительно газового потока снижаются от максимального значения до нуля, после чего они принимают отрицательные значения/55/.
В предположении, что на частицу попавшую в поток плазмы действует только аэродинамическая сила Из выражения (3.4.3) видно, что при одинаковых размерах распыляемых частиц быстрее движутся те, у которых удельный вес материала меньше. Экспериментальные данные /59/ (рис.3.13) полностью подтверждают как этот вывод, так и зависимость от длины участка ускорения. Ускоряя частицы поток плазмы передает им часть своего количества движения /58/:
Из выражения (3.4.7) видно, что при наличии ввода порошка {Gn 0) скорость потока газа вдоль оси уменьшается.
Еще раз обратим внимание на тот факт, что выражения (3.4.7) и (3.4.3) получено в предположении, что vn«v0, т.е. для случая, когда скорость частиц много меньше скорости потока газа (плазмы). Поэтому полученные соотношения справедливы только на начальном участке разгона частиц.
В условиях затопленной струи этими соотношениями конечно пользоваться нельзя. Таким образом, в настоящее время более или менее точно может быть рассчитано движение частицы для участка потока, где скорость его сильно не меняется, т.е. внутри сопла. За соплом, где струя подвергнута интенсивному тормозящему воздействию окружающей среды готовых решений пока нет. Воздействие потока газа на тело, находящееся в нем определяется многими факторами, к числу которых относятся размеры тела, его геометрическая форма, плотность, вязкость среды, скорость ее относительно данного тела. Однако определяющим параметром, ответственным за режим обтекания тела потоком: тангенциально-вязкий или вихревой, является значение числа Рейнольдса. Это важно поскольку сила лобового воздействия потока на тело в обоих случаях определяется по-разному. Хорошо исследовано обтекание шара /60,61/ потоком жидкости. При числах Рейнольдса Re 100 сила лобового сопротивления обусловлена в основном касательными силами вязкости и зависимость ее от скорости определяется законом Стокса: Q=Snps vdn- vcp (3.4.8а) где v - вязкость, иср=1)-г)п скорость потока относительного тела. При числах Рейнольдса Re 2 1(f обтекание тела становится турбулентным (вихревым). Здесь основной вклад в сопротивление движению вносят силы, возникающие вследствие перераспределения давления у поверхности тела из-за отрыва потока. При турбулентном обтекании шара сила лобового сопротивления определяется как:
Причем коэффициент лобового сопротивления сх шара при равняется 0,3-0,4, а при L5-10s Re 6-106 он оказывается 0,140,2.
Это объясняется возникновением при больших значениях Re устойчивой кормовой зоны вихрей, уменьшающей интенсивность последующего их производства, а следовательно и соответствующие затраты энергии и силу лобового сопротивления /61/.
На рис.3.14 представлено качественное изменение со скоростью силы лобового сопротивления для шара. При числах видна некоторая переходная зона. Частицы порошка попадая в высокотемпературный поток почти мгновенно оплавляются с поверхности и принимают сфероидальную форму. Это и дает основания считать частицы порошка, вводимые в струю, в виде шариков. Можно, конечно, взять за основу расчета одно уравнение (3.4.8), но при этом значение лобового коэффициента сопротивления сх считать при Re 100 величиной переменной, рис.3.15. При распылении порошков тугоплавких материалов плазменной струей часто наблюдается наличие материала на внутренней поверхности канала сопла плазмотрона и образование настылей. По мере нарастания слоя настыли, ее внутренняя поверхность будет оплавляться струей в виде крупных капель и в результате порошковое распыление заменяется распылением материала из состояния связанного тела, что отрицательно сказывается на свойства получаемого покрытия.
Расчет удельных энергозатрат на рассплавление шлиховых концентратов и определение количества восстановителей
Нами в исследованиях при восстановлении были использованы концентраты описанные выше. При этом следует отметить, по литературным данным, что они не пригодны для доменного передела, так как содержат более 4% диоксида титана, что обусловливает образование вязких шлаков, создающих значительные трудности при ведении плавки. Кроме того, они характеризуются низким содержанием оксида ванадия, поэтому нерентабельно и ее использование для получения феррованадия, ферросиликованадия, диоксида титана и чугуна по известной технологии. Существующие подходы к комплексной переработке титаномагнетитового сырья, богатого диоксидом титана, основаны главным образом на способах извлечения диоксида титана и других ценных примесей. Тесная же ассоциация в руде титаномагнетита и ильменита, обусловленная тонким взаимным прорастанием минералов, делает эту задачу трудноосуществимой и создает необходимость отыскания путей переработки данного вида сырья без разделения его на ильменит и титаномагнетит.
Были проведены эксперименты по расплавлению данных концентратов с применением аргонового плазмотрона (схема №1). При этом гомогенного расплава не получалось, получались спеки, которые легко размалывались. При проведении экспериментов особый интерес представлял получение спеков без основных вредных примесей (сера и фосфор). На рис.4.8. показаны структуры спеков из некоторых концентратов НК. Спектральный анализ спеков полученных из концентратов Нижнекуранахского месторождения показаны в таблице 4.2. При переработке образуются два вида продукта: монолитный спек - 80 мас.% и шлак. Рассматривая полученные результаты мы имеем полное обессеривание и обесфосфоривание данных полученных спеков. Известно, что высокими значениями износостойкости отличаются композиционные материалы с дисперсной упрочняющей фазой, равномерно распределенной в вязкой металлической матрице.
Применение карбидов железа и титана в качестве упрочняющей фазы в износостойких покрытиях перспективно в виду его относительной дешевизны по сравнению с другими металлическими карбидами и высокой твердости, но сталкивается значительными трудностями. Основная из них - малая плотность карбида титана, что приводят к фракционированию в механических смесях с металлическими порошками, всплытию и удалению в шлак при наплавке. Нами была сделана попытка использования данных концентратов для получения композиционных материалов, на основе боридов железа и титана посредством углеборотермического способа восстановления. Эксперименты проводили в выше описанной установке с применением графитового электрода (схемы №2,3), где в качестве восстановителя применяли твердый углерод, полученный путем размола отходов применяемых графитированных электродов в промышленности и в качестве борирующего реагента — борную кислоту. Расчет шихты определялся стехиометрией реакций с избытком Н3В03 (концентрат:Н3ВОз :С=3:5:1). Поджиг дуги осуществлялся медной проволокой диаметром 0,5 мм. Также в данной схеме при расчете количества необходимого С учитывался угар С из тигля и электрода. Перед каждым запуском взвешивались тигель и электрод. В среднем угар составлял 5-10 гр. Если оценить эрозию электрода no G = Am/I-At, то в среднем он составил 2,7 I0"5 гр/Кл.
Продукты синтеза образуются в двух видах: шлак — 50-70 мас.%, остальное -металлический слиток. Исследование продуктов синтеза проводили на дифрактометре ДРОН-3 и сопоставлением микроструктур (увеличение хЮО и х200) с литературными данными /86, 87, 88/. При анализе полученных рентгенограмм следует, что при углеборотермическом восстановлении (НК-02-OI+H3BO3+C) выделяются линии у-е, FeB, Fe2B и соединения Fe3(Cl-xBx) (рис.4.9), с образованием структуры ледебурит+перлит+ включением углерода отжига. Микроструктура с увеличением хЮО и х200 показана на рис.4.10 а). При проведении восстановления твердым углеродом (НК-02-01+С) выделяются линии a-Fe, FejC (Рис.4. Па), о наличии которых говорит появление сателлитных линий в шестилинейчатом спектре цементита. Структура показана на рис.4.10 б). При боротермическом восстановлении (НК-02-ОІ+НзВОз) выделяются линии a-Fe и и соединения Fe3(Cl-xBx) (Рис.4.116), феррит+перлитной структурой (рис.4.13). Для сравнения показаны качественные рентгенограммы исходного и обработанного концентрата ТУД-02-01 на рис.4.12. и структуры на рис.4.14.
Связи с возникшими трудностями при переплаве слабо магнитных концентратов, например как ТУД-2 (неэлектромагнитная фракция) и для оценки удельных энергозатрат, необходимо было увеличить обьем расплавляемого сырья. В связи с этим было выбрано минеральное сырье из Новосибирской области - диабаз (базальт), как более похожим исходным содержанием данного концентрата.
По схеме №4 (рис 4.7.) проводились исследования по переплаву диабаза. Из анализа при данном способе полученных расплавов следует, что они идентичны сплавами полученными при плавке с графитовым электродом концентратов ТУД-2 и вполне пригодны в последующем получении минеральной ваты с требуемыми параметрами по длине и тонине.
