Регулирование процессов восстановления оксидов при получении и диспергировании металла

В решениях ХУ1 съезда КПСС определено, что одним из основных направлений развития металлургии является повышение качества металла, увеличение выпуска эффективных видов металлопродукции, внедрение безотходных и малоотходных технологий. Предусматривается резкое увеличение производства металлических порошков, в том числе восстановлением руд и концентратов, а также переработкой отходов машиностроения и станкоинструментальной промышленности.

В настоящее время в металлургических агрегатах по прямому получению металла для дальнейшего диспергирования металл получают углетермическим (на Сулинском металлургическом заводе) и комбинированным восстановлением (на Днепровском алюминевом заводе и в НПО Тулачермет). В качестве твёрдого восстановителя используются различные виды материалов (нефтекокс, термоштыб и др.). Газообразный восстановитель — конвертированный природный газ.

Получение диспергированного металла методом восстановления из руд требует регулирования структуры и качества металлизован-ного продукта. В первую очередь они определяются параметрами процесса металлизации и свойствами исходных оксидов. Качество продукта также в значительной мере зависит от спекаемости исходного материала и промежуточных фаз реагирования при высокотемпературных. процессах восстановления. В частности, спекание является процессом, определяющим структуру и физико-химические свойства металлизованной губки, что, в свою очередь, влияет на параметры размола и качество диспергированного металла. Поэтому, необходимо знание закономерностей спекания оксидов и металлической губки и взаимного влияния процессов спекания и восстановления друг на друга для управления формированием структуры и качества готового продукта.

Другой метод получения дисперсного металла — это дробление стружковых отходов машиностроения и инструментальной промышленности. Такой способ переработки позволяет избежать угара легирующих элементов, неизбежного при переплаве. В настоящее время дроблением стружки быстрорежущей стали и дальнейшей переработкой получаемого порошка на Ленинградском заводе «Инструмент» изготавливают резцы для станкоинструментальной промышленности. При получении и хранении порошка быстрорежущей стали частицы покрываются слоем оксидов. Знание закономерностей угле-термического восстановления оксидных слоёв при спекании прессовок даст возможность оптимизировать процесс и улучшить свойства режущего инструмента.

Настоящая работа посвящена определению параметров процессов восстановления металла из оксидов и характера влияния этих параметров на свойства получаемых дисперсных частиц железаопределению количественных связей между параметрами восстановления оксидов и процессами спекания их при высоких температурахустановлению закономерностей довосстановления вторичных оксидных плёнок и спекания металлических дисперсных частиц (в том числе и легированных), полученных различными методамиоптимизации технологических процессов получения металлических порошков с целью повышения качества готового продукта и увеличением производительности промышленных агрегатов.

Результаты работы показали, что наибольшие скорости металлизации достигаются при оптимальном соотношении интенсивнос-тей химических цроцессов и спекания исходных материалов и промежуточных фаз реагирования. Установлена аналитическая связь между параметрами восстановления и спекания. Разработаны оптимальные условия довосстановления и спекания окисленных с поверхности порошков быстрорежущей стали. Разработан метод определения кинетических констант материала и скорости процесса спекания, что позволяет регулировать структуру металлической губки и качество металлизованного цродукта. Установлено влияние физико-химических свойств дисперсных частиц железа на качество прессованных и спечённых изделий из них.

На основании результатов исследований усовершенствована технология цроцесса довосстановления оксидных плёнок и спекания прессовок из дисперсных частиц быстрорежущей стали Р6М5 цри получении заготовок режущего инструмента.

выводы.

1. Экспериментами на конвейерной машине (КМ) и дилатометрическими измерениями, установлено, что наибольшие скорости металлизации достигаются при оптимальном соотношении интенсив-ностей химических процессов и спекания магнетита, вюстита и плёнки свежевосстановленного желаза. j/.

2, На основе решения уравнений теории спекания В.А. Ивен-сена разработан метод определения кинетических констант и скорости процесса спекания исходных и промежуточных фаз реагирования. Разработанный метод позволяет регулировать структуру губки и качество металлизованного продукта.

6. Установлено, что соотношение интенсивностей металлизации на конвейерной машине и спекания наиболее эффективно регулируется скоростью движения ленты и распределением-температур по камерам конвейерной машины.

4. Установлено, что дисперсия, математическое ожидание рас-спределения частиц по размерам и фактор формы частиц являются определяющими характеристиками технологических свойств порошков и механических свойств изделий из них.

5. Установленные корреляции позволяют по параметрам железного порошка прогнозировать свойства изделий из него.

6. Установлена гиперболическая зависимость прочности метал-лизованных окатышей от их пористости, с учётом фазового состава форш и размера частиц. Полученная зависимость даёт возможность контролировать изменение прочности по параметрам процесса спекания.

7. Установлена аналитическая связь (для одноступенчатого восстановления) между параметрами восстановления и спекания, определяемая выражением: обозначения даны в тексте).

8. Разработаны оптимальные условия довосстановления и спекания окисленных с поверхности порошков быстрорежущей стали. Показано, что восстановление оксидной плёнки идёт в две стада! при 630° - 800 °C и начиная с 950°С) оптимальной температурой является 1175° и оптимальном скоростью нагрева 20°/глинпри этом достигается максимальная конечная плотность спечённых изделий при максимальном удалении кислорода.

9. Предложенный режим довосстановления и спекания окисленных частиц быстрорежущей стали внедрён на заводе «Инструмент», что позволило оптимизировать технологию и увеличить ресурс работы резцов в 1,6 раза. Годовой экономический эффект при этом составил 72 тыс. рублей.