Заведующий лабораторией: д.т.н., профессор, Лауреат Государственной премии РК Акбердин Александр Абдуллович
Становление и развитие лаборатории во многом связаны с первым руководителем лаборатории доктором технических наук, профессором, академиком Академии наук КазССР, Лауреатом Сталинской премии Михайловым Владимиром Владимировичем. Благодаря его трудам в годы Великой Отечественной впервые в мировой практике удалось наладить производство углеродистого феррохрома в доменных печах для танковой промышленности. В разные годы лабораторией руководили Галемин И.М., Пластинин Б.Г., Букетов Е.А.
Основное научное направление - исследование физико-химических закономерностей взаимодействия в многокомпонентных оксидных и металлических расплавах.
Лаборатория располагает пакетом прикладных компьютерных программ для изучения термодинамики и кинетики высокотемпературных процессов, фазового равновесия, анализа производственных процессов, а также комплексом лабораторного оборудования для изучения вязкости, электропроводности, поверхностного натяжения, равновесия в системе металл-шлак. Полученные с его использованием данные лег ли в основу Справочника (Москва, 1987 г.) перечисленных свойств шлаковых расплавов.
По результатам теоретических, лабораторно-экспериментальных и промышленных исследований на Аксуском заводе ферросплавов внедрена технология агломерации хромитовых и марганцевых руд, а на Актюбинском заводе ферросплавов - технология стабилизации от распада металлургических шлаков, удостоенная в 2003 г. Государственной премии Республики Казахстан.
Выполняемые проекты
В рамках грантового финансирования по научным и (или) научно-техническим проектам на 2021-2023 гг. выполняется проект АР09259368 "Разработка технологии производства борсодержащего алюмокремниевого ферросплава" (№ госрег. 0121РК00375, договор № 151/36-21-23 от 07.04.2021 г., заказчик - Комитет науки Министерства образования и науки РК).Актуальность темы Цель работы Руководитель НИР, Акбердин А.А. Author ID в Scopus - 6603552887 , Researcher ID Web of Science - O-5082-2017 , ORCID ID - 0000-0002-2562-1132 , Researcher ID in Publons - O-5082-2017 Исполнители проекта: Ким А.С. - Гл. науч. сотр., д-р техн. наук. Author ID в Scopus - 25921365200 , Researcher ID Web of Science - O-5058-2017 , ORCID ID - 0000-0003-0772-1268 , Researcher ID in Publons - O-5058-2017 Орлов А.С. - Ст. науч. сотр., PhD. Author ID в Scopus - 57207193370 , ORCID ID - 0000-0002-7563-357X .Султангазиев Р.Б. - Ст. науч. сотр., PhD. Author ID в Scopus - 57160291200 , Researcher ID Web of Science - N-4629-2019 , ORCID ID - 0000-0002-3928-486X .Сулейменов А.Б. - Ст. науч. сотр.Этап 2021 г. Ожидаемые и достигнутые результаты: 12 , а процесс необходимо вести при температуре не менее 1800 0 С для формирования окончательного состава ферросплава; превышение её не желательно из-за перехода компонентов шихты в газовую фазу.Опубликованные труды:
Информация для потенциальных пользователей
Задачи по повышению качества стали требуют разработки борсодержащих ферросплавов нового поколения. Применяемый в настоящее время в металлургии ферробор марки ФБ17 имеет высокую цену, при подаче его в расплавленную сталь имеет место большой угар бора из-за окисления его кислородом цеховой атмосферы. По практическим данным степень его использования по этой причине не превышает 30-40 %. Высокая концентрация бора в этом ферросплаве затрудняет весовую дозировку его, т.к. в стали требуется всего 0,001-0,003 % бора, приводит к локальному скоплению бора в стали и неравномерному её качества по сечению слитка. Требуется создать ферросплав, где перечисленные недостатки будут сведены к минимуму.
Применение борсодержащего алюмокремниевого ферросплава при раскислении и легировании стали позволит повысить срок службы стальных изделий, снизит их массу за счет улучшения эксплуатационных характеристик в результате глубокого удаления кислорода и легирования бором.
Этап 2022 г.
Методом полного термодинамического моделирования дано теоретическое обоснование металлотермического способа производства борсодержащего алюмокремниевого ферросплава. В качестве источника бора опробованы борный ангидрид, индерская боратовая руда и турецкий колеманит, а в качестве восстановителя – ферросиликоалюминий (ФСА) собственного производства из углей Куу-Чекинского и Борлинского месторождений. Впервые установлена возможность производства борсодержащего ферросиликоалюминия металлотермическим способом. Установлено, что целесообразно производить металл с содержанием бора в пределах 1-3%. Это позволит облегчить весовую дозировку борсодержащего ФСА в сталь, сохранить в нем часть алюминия в качестве раскислитиеля и добиться равномерного распределения бора по объёму стального слитка. Новизной является установление, что ферросплав формируется на основе фазы AlB12 , процесс необходимо вести при температурах не менее 18000 С. Впервые найдено, что при использовании индерской боратовой руды в металле образуются в повышенных количествах алюминид (CaAl2 ) и силицид кальция (CaSi2 ), известные в металлургии как сильные раскислители, модификаторы и десульфураторы.
Найдено, что оcновная роль в восстановлении бора принадлежит алюминию и только при его недостатке для получения заданного количества бора в металле в реакцию вступает кремний с образованием в шлаке SiO2 . По теоретическим расчётам коэффициент извлечения бора в металл составляет 100%. Экзотермический характер восстановления бора алюминием и кремнием, а также физическое тепло расплавленного ФСА обеспечивают положительный тепловой баланс процесса.
Проведены экспериментальные исследования по производству борсодержащего ФСА металлотермическим способом в печи Таммана и Индукционной печи. Найдено, что коэффициент перехода бора в металл при плавках в печи Таммана составляет 80%, а в Индукционной печи – 90%.
Доказана возможность практического производства борсодержащего алюмокремниевого ферросплава с использованием углей месторождения Куу-Чек и Борлы. Так, при использовании сплава ФС45А10 и боратовой руды опытный металл содержал (мас.%): 52,19 Fe, 40,6 Si, 7,2 Al, 0,92 B, а при использовании сплава ФС45А20 и колеманита - 42,35 Fe, 40,2 Si, 14,4 Al и 2,8 B.
Перечень опубликованных работ:
1. Akberdin A.A., Kim A.S., Orlov A.S., Sultangaziev R.B. Mathematical model of the diagram of the Fe-Si-B composition system / Metalurgija. – 2022. – Vol. 61, No. 1. – P. 182-184.https://hrcak.srce.hr/clanak/407953
2. Akberdin A.A., Kim A.S., Orlov A.S., Sultangaziev R.B. Diagramm of the phase composition of the Fe-Si-Al system and its isothermal sections / CIS Iron and Steel Review. – 2022. – Vol. 23. – P. 76-80. https://rudmet.net/media/articles/Article_CIS_202223_pp.76-80.pdf
3. Akberdin A.A., Kim A.S., Orlov A.S., Sultangaziev R.B., Makasheva A.M. Mathematical models of viscosity diagrams and crystallization temperatures of melts of the CaO – SiO2 – Al2 O3
– B2 O3 SYSTEM / Metalurgija. – 2023. – Vol. 62, No. 1. – P. 49-52. https://hrcak.srce.hr/clanak/407953
В рамках грантового финансирования по научным и (или) научно-техническим проектам на 2021-2023 гг. выполняется проект AP09259038 «Разработка эффективной энергосберегающей технологии производства рафинированных марок феррохрома с использованием в качестве восстановителя борсодержащего силикохрома» (№ госрег. 0321РК00035, договор № 151/36-21-23 от 07.04.2021 г., заказчик - Комитет науки Министерства образования и науки РК). Руководитель НИР Ким А.С. Author ID в Scopus - 25921365200 , Researcher ID Web of Science - O-5058-2017 , ORCID ID - 0000-0003-0772-1268 , Researcher ID in Publons - O-5058-2017 Исполнители проекта: Акбердин А.А. – зав. лаборатории Бор, д-р техн. наук, проф. Author ID в Scopus - 6603552887 , Researcher ID Web of Science - O-5082-2017 , ORCID ID - 0000-0002-2562-1132 , Researcher ID in Publons - O-5082-2017 Орлов А.С. – Ст. науч. сотр., PhD. Author ID в Scopus - 57207193370 , ORCID ID - 0000-0002-7563-357X .Султангазиев Р.Б. – Ст. науч. сотр., PhD. Author ID в Scopus - 57160291200 , Researcher ID Web of Science - N-4629-2019 , ORCID ID - 0000-0002-3928-486X .Сулейменов А.Б. – Ст. науч. сотр.Этап 2021 г. Актуальность и новизна темы Цель работы Ожидаемые и достигнутые результаты Информация для потенциальных пользователей
Этап 2022 г.
Согласно календарному плану работ проведен расчетно-теоретический анализ плавки низкоуглеродистого феррохрома с использованием в качестве восстановителя силикохрома с содержанием 0,3, 0,5, 0,7% В2 О3 . В данной работе нами рассмотрен процесс получения низкоуглеродистого феррохрома силикотермическим способом плавки в электропечи. Минимальное содержание углерода в феррохроме полученном по этому способу составляет 0,05%. Поэтому было поставлена задача получения феррохрома марки ФХ050 по ГОСТу 4757-91. Расчеты проведены по методике Еднерала Ф.П. с учетом практических данных по коэффициенту перехода основных компонентов шихты. В качестве исходных материалов при расчете шихты для плавки феррохрома марки ФХ 050 были использованы следующие материалы: Хромовая руда (Cr2 O3 -51.6%, FeO-12,36%, Al2 O3
-7,75%, SiO2 – 7,15%, MgO-18,72%), ферросиликохром марки ФСХ-48 (Cr-32,6%, C-0,06%, Si-46,7%, Fe-20,6%, B-0,3-0,7%), известь (CaO-90,0%, SiO2-1,62). Расчеты проведены на 100 кг силикохрома. Для получения низкоуглеродистого феррохрома марки ФХ-050 установлен следующий состав шихты и количество продуктов плавки: Хромовая руда -244,007 кг, известь -245,846 кг,количество металла – 148,225 кг, количество шлака – 432,759 кг.
С использованием расчетного состава шихты проведено термодинамическое моделирование процесса получении низкоуглеродистого феррохрома марки ФХ005. Для учета степени использования кремния как восстановителя в состав шихты было ведено количество кислорода для связывания 25% кремния. Термодинамическое моделирование показало, что процесс плавки низкоуглеродистого феррохрома лимитируется не термодинамическими условиями восстановления ведущих компонентов, а кинетическими факторами. Показано, что выбор температуры процесса (1750-1800 °С и более) связан с кинетическими условиями плавки, температурой плавления образующихся металла и шлака. Поэтому ожидается, что присутствие оксида бора, помимо стабилизации шлаков от распада, снизит его температуру плавления, а раннее появление жидкой фазы за счет низкотемпературных борных фаз, обеспечит сдвиг реакций восстановления хрома кремнием в низкотемпературную область. Все эти положения будут реализованы при проведении высокотемпературных экспериментальных работ по отработке технологических параметров.
Проведены лабораторные плавки низкоуглеродистого феррохрома в печи Таммана в циркониевых тиглях. При температуре 1700 о С и времени выдержки 60 минут получен низкоуглеродистый феррохром заданной марки (ФХ-005). При использовании борсодержащего силикохрома конечные шлаки устойчивы к распаду. Содержание оксида бора в шлаке составляло на уровне 0,3-0,5% при основности шлака 1,8-1,9, что близко к расчетным. В целом опытными плавками показано, что заданное количество бора в силикохроме обеспечивает достаточное количества оксида бора в шлаке (0,3-0,5%) для стабилизации их от распада. Опытные шлаки подвергнуты оценке на устойчивость к распаду и влиянию оксида бора на их физические свойства (вязкость и температуру кристаллизации). Показано, что шлаки устойчивы ко всем видам распада, а 0,3-0,5% оксида бора в высокоосновных шлаках низкоуглеродистого феррохрома снижает температуру кристаллизации и вязкость расширяя интервал жидкоподвижного состояния на 20-30 о С. Это обстоятельство должно положительно сказаться на режиме плавки и потерях металла со шлаком.
В целом проведёнными расчетно-теоретической анализом, термодинамическим моделированием и лабораторными плавками показана эффективность использования в качестве восстановителя борсодержащего силикохрома. Показано, что заданное количество бора (0,3-0,7%) в силикохроме обеспечивает содержание в шлаке 0,3-0,5 % В2 О3 , которое достаточно для решения важной задачи – стабилизации высокоосновных шлаков от распада. При этом также имеет место улучшение их физических свойств, что должно в конечном итоге положительно сказаться на режиме плавки и потерях металле со шлаком.
Технология производства низкоуглеродистого феррохрома с использованием борсодержащего силикохрома будет рекомендована для внедрения на Актюбинском заводе ферросплавов. Внедрение разработанной технологии решает важную проблему стабилизации шлаков от распада, что избавит предприятие от экологических штрафов и повысит технико-экономическое показатели за счет улучшения физических свойств шлаков (снижение потерь металла со шлаком, экономия электроэнергии за счет стабилизации режима плавки).
Перечень опубликованных работ:
1 А. С. Ким, А. А. Акбердин, Н. Ю. Лу, Р. Б. Султангазиев, А. С. Орлов – Диаграмма равновесного фазового состава системы Fe – Cr – Si – B (стр. 305-308) https://hrcak.srce.hr/clanak/386149
2 А. А. Акбердин, А. С. Ким, Н. Ю. Лу, Р. Б. Султангазиев, А. С. Орлов – Математическая модель диаграммы фазового состава системы Fe – Si – Cr (стр. 257-260) https://hrcak.srce.hr/clanak/381666
3 КИМ А.С., АКБЕРДИН А.А., СУЛТАНГАЗИЕВ Р.Б., ОРЛОВ А.С., АДАМОВА Г.Х. Экспериментальные лабораторные исследования по разработке оптимальных технологических параметров выплавки борсодержащего силикохрома/ Труды университета №4 (89), 2022(стр. 72-78) http://tu.kstu.kz/archive/issue/95
